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1 # 劍蘭修竹
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2 # 秦椒夜雨
關於這個問題,我始終認為,正物質和反物質的量在宇宙中是對稱平衡的,也就是說他們的多少是一樣的?依現在人所知道的科學知識,宇宙都起源於大爆炸,所有的物質都起源於那一時刻,因此推測正反物質的量是守恆的。
為什麼我們的周圍都是正物質?因為我們是在正物質中成長出來的智慧生物,準確講正物質的一種形式。正物質的這個世界是我們的成長,演變、生存的基礎。我們在正物質的世界中“孵化”,這樣我們的周圍肯定都是正物質。反物質世界暫時還是我們的假設,題目所說的“正物質為何多於反物質”,本身這種說法就有問題,準確講我們在宇宙的客觀世界裡,還沒有發現反物質和反物質世界,反物質存在屬於理論狀態,在實驗室人造反物質電子也只是“曇花一現”過。
依照相對論講,我們若要和反物質的人類碰撞,講會劇烈爆炸,放出宇宙最強的伽馬射線,然後雙方消失了!
宇宙奧秘的探索,還有非常非常多,我們現在的科技手段相對宇宙還非常有限,還有很長很長的路要走。正物質世界的探索,我們才剛剛開始,反物質的世界,還在遙遠的未來等我們探索呢!
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3 # 量子科學論
在新生的宇宙中,物質和反物質同時被創造,然後經歷了物質/反物質湮滅。但是物質最終是如何勝出的?宇宙為什麼選擇了物質?這是關於我們宇宙一個最大的未解之謎。現在我們就來看看我們目前所能給出的最好的答案!
讓我們先想想兩個看似矛盾的事實:
1)。我們觀察到的每一個粒子之間的相互作用,在總體的能量下,如果創造或毀滅一個物質粒子必將創造或毀滅等量的反物質粒子。物質和反物質之間的物理對稱性在宇宙中表現的十分嚴格:
每創造一個夸克,也會創造出一個反夸克,每摧毀一個夸克,也會摧毀一個反夸克,每創造或消滅一個輕子,也將創造或消滅一個來自同一輕子家族的反輕子,我們在宇宙中製造更多(或更少)的物質就會製造等量的更多(或更少)反物質。然而,還有第二個事實:
2)。當我們看宇宙時,所有的恆星、星系、氣體雲、星系團、超星系團和最大尺度的結構,一切似乎都是由物質構成的,而不是反物質。反物質和物質在宇宙中無論何時何地相遇,都會因為粒子-反粒子湮滅而爆發出驚人的能量。實際上,我們可以在宇宙中,產生等量物質和反物質的高能量源附近可以觀察到正反物質的湮滅,反物質在宇宙中遇到物質時,我們可以探測到頻率非常特殊的伽馬射線。
但是如果我們觀察星系內恆星之間的空間和更大尺度上星系之間的空間時,我們會發現空間中充滿了物質,當然,由於廣闊的空間,物質的密度很稀疏,所以你可能會想,如果把一個反物質粒子(比如反質子)扔到宇宙空間中,反物質平均壽命會持續多久才會撞上一個物質粒子發生湮滅。
在我們銀河系的星際介質中,反物質平均壽命約為300年,這與我們銀河系的年齡相比微不足道!這個限制條件告訴我們,至少在銀河系中,允許我們觀察到的反物質數量最多是1/10^15!
在更大的尺度上,例如星系和星系團限制就沒有這麼嚴格,但仍然非常強。我們的觀測範圍從幾百萬光年到30多億光年,觀測到的正反物質湮滅釋放的x射線和伽瑪射線很少很少。我們所看到的是,即使在宇宙的大尺度上,宇宙中99.99999%以上的物質絕對是正物質(和我們一樣),而不是反物質。從觀察的角度來看,這是物質在宇宙中占主導地位的下限。
一方面,我們的實驗結果表明,如果不創造或毀滅等量的反物質,我們就無法創造或毀滅物質另一方面,宇宙據我們所知,似乎是由幾乎100%的物質組成的,幾乎不存在反物質組成。那麼這到底是怎麼回事呢?
我們想要了解這種情況如何發生的,我們就必須回到宇宙誕生初期,就在大爆炸發生和暴脹結束之後:宇宙處於高溫、緻密、充滿物質、反物質和輻射的時代。
在宇宙的最初階段,所有的一切都是極其炙熱和稠密。要組成我們今天可觀測宇宙的部分,此時的宇宙大約包含10^90個物質粒子,反物質粒子和輻射粒子,物質和反物質的數量大致相等。宇宙初期能量如此之大,以至於任何兩個輻射粒子碰撞時,都會自發地產生等量的物質和反物質,而當物質和反物質碰撞時,它們又會轉化為純輻射能量。這個過程在宇宙年輕的時候無處不在,每時每刻都在發生。
如果宇宙只是創造出物質/反物質對,並讓它們再次湮滅,那麼我們的宇宙將與今天大不相同。從理論上講,如果沒有物質/反物質的不對稱性,隨著宇宙的冷卻和膨脹,宇宙很快會達到一個不可能產生新正反物質對的點,已經產生的物質和反物質對將會很快湮滅,只留下很少很少的一部分隨著宇宙的不斷膨脹變的稀疏,彼此很難找到對方,如果是這樣的話,我們將會得到一個其中大部分是光子,只剩下少量物質和反物質的“空無一物”的宇宙。
但事實是,在非常早期的宇宙中創造了一種基本的物質/反物質的不對稱性。
那麼宇宙早期發生了什麼?這是關於重子發生的問題,是基礎物理學中尚未解決的最大問題之一。雖然我們目前不知道這是怎麼發生的,但是我們對這個問題已經有了一個比較好的總體概念!安德烈·薩哈羅夫(Andrei Sakharov)證明,如果宇宙初期滿足以下三個條件,宇宙可以從最初的對稱狀態創造出物質/反物質的不對稱:
不平衡條件C-對稱破缺和CP-對稱破缺,存在破壞重子數守恆的相互作用。不平衡條件。這個比較簡單。在一個由廣義相對論和量子場論控制的巨大的、炙熱的、膨脹和冷卻的宇宙,必定會存在不平衡!這裡的“平衡”是指系統中的所有粒子都有機會彼此聯絡或交換資訊。在不斷膨脹、冷卻的宇宙中,一邊的粒子與另一邊的粒子在因果關係上會彼此分離;在早期的宇宙中,有大約10^50+個因果斷開的區域,在那裡,即使是光也沒有足夠的時間從一個區域到達另一個區域。
早期的宇宙不僅是不平衡的,而且在原則上我們很難設計一個比早期宇宙更加平衡的系統。
C-對稱破缺和CP-對稱破缺,C代表電荷共軛(意思是用反粒子替換所有的粒子,所有的反粒子用粒子替換),P代表宇稱( 意思是取映象,也就是左右彼此互換)。從理論上講,如果對粒子施加對稱和物理定律,並且所有物理現象保持不變,那麼C和P是守恆的。如果你同時施加兩種對稱,並且所有物理現象還是保持不變,那麼CP是守恆的。在我們的宇宙中,引力、電磁和強相互作用似乎都符合C、P和CP,但弱相互作用不符合C、P和CP對稱!特別是,含有粲夸克(C)和底夸克組成的B-介子的衰變會嚴重地破壞C、P和CP,這意味著粒子和它們的反粒子之間存在一些基本的行為差異。
存在破壞重子數守恆的相互作用,這是一個比較困難的問題,因為我們從來沒有在實驗中觀察到違反重子數守恆的現象。
重子就是由三個夸克組成的任何粒子,比如質子或中子。(記住,夸克並不能單獨存在,只存在於自然界的束縛態中!)如果我們看看粒子物理的標準模型,我們就知道數學公式允許有這種相互作用。
下面是控制粒子物理標準模型的場方程。(請不要在意細節。)重要的是,這個方程有一個重要的數學性質,即滿足我們看到的許多粒子衰變所需要的異常,事實上,方程明確允許的是重子(例如質子)和輕子(例如電子)數的違反,而且它們必須同時一起違反,這意味著宇宙就有相同的重子和輕子總數!(這很好地解釋了為什麼宇宙初期的質子和電子的數量相等,以及為什麼宇宙有質子和電子,而且依然是電中性的。)
就以上的三種情況當我們用在宇宙中的時候,就會出現問題。
宇宙不平衡的程度(這個沒有問題)標準模型中觀察到的C-對稱破缺和CP-對稱破缺的粒子數量不足標準模型中違反重子數守恆的量不足我們沒有足夠的重子來違反守恆!
就我們目前所知標準模型,並不能解決正反物質不對稱的問題(我們還是少了幾千萬個因素)。可能在更高能量的標準模型中會有更多違反CP的相互作用,只是我們還沒有發現,但最常見的假設是,除了標準模型之外,還有更多的粒子允許CP-違反或重子數的違反。
一些可能性包括(但不限於):
早期的宇宙充滿了輻射,各種各樣的粒子和反粒子,而正反粒子的數量相等。其中一些是夸克和反夸克,一些是輕子和反輕子,一些是玻色子(以及它們的反粒子;許多玻色子是它們自己的反粒子)等等。
假設現在有一種新的粒子同時與夸克和輕子結合,假設它是帶電的。把它命名為Q粒子。
最初就像所有物質和反物質粒子一樣,Q粒子成對地在早期熾熱的宇宙中產生。有時Q+(物質的版本),發現了Q-(反物質的版本),它們快速湮滅,有時其他粒子以足夠的能量碰撞又產生了Q+/Q-粒子對。
這在早期宇宙中持續了一段時間,隨著空間膨脹宇宙冷卻下來。這時,宇宙不能再產生新的Q+/Q-粒子對,雖然現有的一些Q+/Q-對會湮滅並再次成為輻射,但其餘的不穩定的、短命的粒子再沒有發生湮滅的時候已經衰變了。
由於粒子物理定律(即使我們允許對標準模型進行擴充套件),仍然存在一些必須保持的對稱性,Q+和Q-粒子必須相同:
總平均壽命,衰變途徑,以及保持電荷,質量和“重子減去輕子”數。在這個例子中,Q+和Q-都有相同的平均壽命,“重子減輕子”數為零,Q+可以衰變為質子和中微子對,或者反中子和反電子對,Q-可以衰變為反質子和反中微子對,或者中子和電子對。這些都違反了重子數和輕子數守恆,但不違反“重子減去輕子”的組合。這種情況是可能的,也是合理的,但是不會產生固有的重子不對稱,除非我們引入CP-對稱破缺。
如果沒有cp對稱破缺,我們所稱的分支比,或者說Q+粒子和Q-粒子透過每個通道衰變的比例將是相同的。如果60%的Q+粒子衰變為質子和中微子,那麼60%的Q-粒子將衰變為反質子和反中微子。對於Q+和Q-,其它的衰變通道可能都是40%,同樣也保持了CP對稱。
如果我們允許違反cp對稱,則允許粒子和反粒子之間的衰變比率不同!只要Q+和Q-粒子的總衰變率相同,物理學定律仍然遵守這種行為。現在我們來介紹一些違反cp對稱的例子。
請注意非常細微的區別:Q+仍然以與之前完全相同的方式衰變,但現在Q-衰變為更多的中子和電子,而衰變為更少的反質子和反中微子!
當所有的Q+和Q-粒子都衰變了,我們還剩下什麼?
這些衰變會產生大量的質子,中子,反質子和反中子。隨著時間的推移,反質子和質子會相互發現並湮滅,中子和反中子也會湮滅。但是由於Q+和Q-粒子之間的衰變不對稱,產生的質子比反質子多,中子比反中子多。在所有的粒子-反粒子對湮滅之後,仍然有一個剩餘的重子不對稱(前文說了重子是質子核中子之類的)。如果我們跟蹤輕子(電子)的不對稱性,我們會發現有電子恰好等於質子的數目,而中微子比反中微子多,正好等於中子的數目。
雖然這可能不是重子不對稱發生的確切機制,但也很可能就是這樣產生了我們今天看到的宇宙!
再次重申一遍安德烈·薩哈羅夫三大條件:宇宙處於不平衡狀態,c和cp不對稱的存在違反重子數守恆定律,雖然目前在標準模型中還沒有足夠的粒子滿足上述2、3條件,但這是今天我們關於正反物質不對稱所知的所有答案,雖然現在的答案是不完整的,但是,與“這一切從何而來”這個更頭疼的謎題相比,我覺得我們有能力在有生之年完美地回答這個問題。
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4 # 淡漠乾坤
之所以會產生為什麼正物質多於反物質的疑問️,是因為我們給予了反物質不恰當的名稱,其誤導了我們的認識。
所謂反物質,只是其自旋與絕大多數現存的粒子自旋相反,具有反向的電荷。除此之外,正反物質是沒有什麼本質區別的。因此,我們把這類粒子稱為反自旋粒子或反電荷粒子,似乎更為貼切,也不容易產生歧義。
因為,雖然是反物質,但是其質量並不是負的,也不可能與正物質產生相互的斥力。而且,由反物質轉化的能量,也只是正能量。
支援反物質這一稱謂的理由是,當正反物質相遇時,會產生湮滅,由封閉的質量形態轉化為開放的能量形態。然而,這一理由也是站不住腳的。
因為,質量轉化為能量,在目前的宇宙環境下,符合熵增原則,是非常普遍的。比如,核反應。只是正反粒子的湮滅,其質能轉換的更為徹底。
此外,根據量子力學的不確定原理,正反粒子是不能無限接近的,粒子的波動性會阻止它們的湮滅。
既然反粒子只是自旋相反,既然反粒子不是反物質,那麼為什麼反粒子是不穩定的,會由粒子形態轉變為光子形態,即由質量轉變為能量呢?
根據盧瑟福做的實驗,人們發現物質並不是實體,其僅只是更為基本的粒子高速運動所形成的封閉體系。此外,根據量子力學,粒子在系統中的存在狀態是不連續的,存在著基態和一系列不同的激發態。
所以,所謂物質,是由不可再分的最小粒子聚合而成的封閉體系,即是由高能量子組成的各種基本粒子。
根據基本粒子的穩定性和質量(內含能量)的大小,我們又理由相信,電子和質子是兩個不同極限情況下所形成的封閉體系的基態。而其他的基本粒子則分別是電子或質子的激發態,它們具有能量越高,越不穩定的特性,會迅速衰變為基態的電子或質子,並釋放出能量即產生光子。
所以,所謂的反粒子,其只是由於自旋相反,是正粒子的具有較高能量的激發態。因而,即便是沒有遇到正粒子,其也會自行衰變,退化為正粒子和光子。這就是為什麼反粒子遠少於正粒子的原因。
由於自旋的不同,在能量上差異不大,所以一方面使我們誤認為反粒子也是基態粒子,與正粒子平起平坐;另一方面,反粒子的壽命較長,使之表現的更像獨立的粒子。
然而,相對於百億年的宇宙演化,反粒子的壽命是微不足道的。在宇宙的早期,宇宙內部的溫度,確切地說是量子的能量,是非常高的。因而,宇宙所產生的物質即由高能量子所組成的封閉體系都是處於激發態的基本粒子。
只是,這些處於激發態的粒子會隨著宇宙溫度的降低,都在先後不同的時間內,根據能量的大小,依次衰變為基態的電子和質子以及具有能量形式的光子。
反粒子也不例外,只是其衰變為正粒子的時間,相較其他的激發粒子,會稍晚一些。
總之,之所以正物質遠多於反物質,是因為構成反物質的粒子僅只是構成正物質的粒子的激發態,是不穩定的。其早已在宇宙漫長的演化過程中,衰變為正粒子和光子了。
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5 # 語境思維
反物質,是狄拉克基於數學上的映象對稱的一個假想,後來據說是安德森雲室發現了所謂的正電子,進而被物理學界多數人認可了。
不過,同一個現象,有諸多不同的解釋或學說,但正確的解釋只有一個。
據我所知,凡是僅憑數學猜想的任何物理模型,包括反物質,沒有一個是可靠可信的。
映象對稱,即當你照鏡子的時候,你會發現鏡子裡有一個與你完全相同的你,在幾何光學上叫虛像,而虛像是不存在的。
難道你相信,鏡子深處有一個“反自己”嗎?映象只是光學反射現象,好比海市蜃樓。
我們來看看安德森雲室實驗吧。詳細資料大家可以去搜索。安德森雲室有強磁場B,當宇宙射線或等離子體(如負電子),透過B時,發現有與負電子相反方向的偏轉,即認為是正電子。
請大家特別注意安德森雲室的特別條件:強磁場B,是一個與核電荷(Ze⁺)相反的磁場。正是這個反向磁場,才使得電子自旋的南北極顛倒過來,進而發生了逆向偏轉,
並不是電子做了反向自旋。宇宙射線或等離子體是不可能存在所謂的反自旋電子的。
那麼,通常的電子為什麼總是顯示負電荷呢?這裡的關鍵還是看電子南北極。
我們不妨假定,從上往下看,電子自旋,服從右手螺旋法則,四指朝著逆時針方向,大拇指指向北極方向。
但是,與此同時,我們從下往上看,反過來用右手螺旋法則,四指朝著順時針方向,大拇指指向南極方向。
這說明,電子還是那個電子,根本不存在所謂的反自旋,只是顛倒了觀察位置,或者顛倒了南北極。
在原子結構中,原子核電荷(Ze⁺)很重,處於核力場的核心地位;核外電子(e⁻)很輕,處於環繞的邊際地位。
假設核電荷北極總是朝上,那麼根據同斥異吸原理,核外電子的北極總是朝下。這就是為什麼電子呈現負電荷的原因。
現在,我們在安德森雲室設定了一個北極朝下的反向強磁場B,而且雲室B的強度遠大於核電荷B,這就迫使該電子的北極朝下。
正負電子湮滅反應,最能說明問題。我們有一個電子發生器或者β射線源。
將兩個負電子分別匯入兩個反向強磁場,一個電子被匯入反向磁場加速,會立即變成正電子。這說明,正電子是顛倒南北極姿態的負電子。
Stop here。物理新視野與您共商物理前沿與中英雙語有關的疑難問題。
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6 # 軍機處留級生
在宇宙的最初幾個瞬間,大量的正物質和反物質被創造出來,然後瞬間結合並湮滅,產生了推動宇宙膨脹的能量。但是由於某種原因,正物質比反物質多。我們今天看到的一切都是僅存的一小部分物質。
但是為什麼呢?為什麼大爆炸後物質比反物質多?我們的宇宙幾乎完全由物質組成。雖然我們完全習慣了這個想法,但這與我們關於質量和能量如何相互作用的想法不一致。根據這些理論,應該沒有足夠的質量來形成恆星和生命。
在我們的粒子物理標準模型中,物質和反物質幾乎是相同的。因此,當它們在早期宇宙中混合時,它們互相湮滅,只留下很少的恆星和星系。該模型無法解釋我們在自然界中看到的物質和反物質之間的區別。這種不平衡比模型預測的要大一萬億倍。
如果模型預測物質和反物質應該已經完全消滅對方,為什麼會有某物,而不是沒有任何東西? 介子是由一個夸克和一個反夸克組成的粒子。它們被強大的核力束縛在一起,像地球和月球一樣繞著彼此執行。由於量子力學,夸克和反夸克只能根據粒子的質量以非常特殊的方式相互繞軌道執行。 B介子是一種特別重的粒子,其質量是質子的5倍以上,這幾乎完全是由於B夸克的質量。正是這些B介子需要最強大的粒子加速器來產生它們。 在KEK加速器中,研究人員能夠創造規則物質B介子和反B介子,並觀察它們如何衰變。 “我們觀察了B介子是如何衰變的,而不是反B介子是如何衰變的。
我們發現在這些過程中有微小的差異。雖然我們的大多數測量結果證實了粒子物理標準模型的預測,但這個新結果似乎並不一致。
在宇宙的最初幾個瞬間,反B介子的衰變方式可能與正常物質的衰變方式不同。當所有的湮滅完成時,仍然有足夠的物質遺留下來,給我們今天看到的所有恆星、行星和星系。
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7 # 模糊黃金紅
這個問題本來不應該是一個問題,問題的出現是宇宙大爆炸理論製造出來的。
宇宙大爆炸理論論點:宇宙有一個暴脹過程,在最初10^-34秒暴脹10^25倍,這就是奇點理論。
所有科學觀察和實驗室(高能加速器或對撞機)事實都表明正反物質總是對等從無中生有的,顯然大爆炸也不會例外。
回答本題:正反物質在宇宙空間中外觀上看(透過光子探測)是一模一樣的,黑洞沒有反黑洞,黑洞周圍大多存在正負電子霧,正負電子數永遠是恆等的,螺旋星系的旋臂總是成雙的,一條是正物質旋臂,另一條就是反物質旋臂。
河圖表徵的兩條旋臂就是一正一反的:1+3+7+9=20,2+4+6+8=20。
光子→正中子+反中子
這是太極☯生兩儀過程,將光子一分為二生成一對正反中子。
中子經過β衰變生成質子和電子。
n→p++e-
這是正物質世界確保質電守恆的基本產生式。
小結:宇宙大爆炸理論需要修正,徑向大爆炸不是宇宙中真實的正反物質創生過程。
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8 # 包包170952078
因為人也是井底之蛙,坐井觀天。正結構反結抅都是可見結構。可見結構是正結構,不可見結構為反結構。何為正反?何為多少?
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9 # 寒江獨釣釣魚臺
宇宙是個生物體,正物質就像人體中的能量元(碳水化合物、蛋白質、脂肪等),而反物質就像人體吸進的氧氣,遇到能量元而發生反應產生能量!宇宙控制著反物質有序吸到體內,所以就少於正物質!(反物質多了,就會像人體自燃一樣…………死了!)
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10 # 星空星中心6866
宇宙中正物質與反物質的論點是當年愛因斯坦提出來的,在他計算宇宙物質總合的時候發現數量有點不對,好像算到最後宇宙總物質都歸零了,怎麼可能,物質是越加越多,怎麼會歸零呢。
經過他後來研究猜想到,是不是宇宙內還有一種反物質,只有反物質與正物質對抗才會產生零,那麼反物質是哪來的呢?原來是宇宙大爆炸後同時給炸出來的,原來如此,後來他研究,只要有宇宙反物質的幾克,與地球上所有的物質對抗的話,地球就會被毀滅,如果是真的,還真有點可怕呢。
不過不用擔心,自從有了宇宙反物質,那宇宙正物質宇宙能客氣嗎?也不想想,宇宙正物質還是多些,光幾千幾億億個星球都夠它受的,沒抗爭幾個回合,反物質就被正物質打敗了,不是反物質少了,而是目前宇宙反物質基本沒有了,消失了,也有可能被黑洞吞噬了吧。
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11 # 惠舒旅社老闆
陰陽、正反,是宇宙中物質存在的普遍方式,可能整個宇宙也脫離不了這種存在方式,就是說可能存在兩個正反宇宙。若我們是正宇宙,則主要以正物質組成,反物質只是個別變異現象。
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12 # 陳中思
哪有什麼反物質。宇宙只有一種物質——熱粒子。宇宙中只有熱粒子的兩種存在形態——獨立態熱粒子和聚合態熱粒子。包括人類自身都是聚合態熱粒子的存在形態。宇宙就是獨立態熱粒子和聚合態熱粒子相互轉換的無限迴圈過程。
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13 # 聊天選手九段
反物質可理解為摩擦力或阻力,所謂正物質是平衡作用,物體的慣性狀態可以詮釋。運動中的物體為什麼會停或反覆?正是正反物質的巧妙之處。
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謝邀請!宇宙應當正、負極物質是和諧完美對稱的,且能量守恆。之所以正物質遠多於反物質,我想其原因在於創世時期初始設計以及中允平衡度。哲學上說決定事物性質的往往不是加長的線段及過程,差之毫釐,錯至千里。造物主既然用邏格斯與數學創世,那麼光速意味著"成了,便成了"。假設絕對零度在負380多度,我認為其值系誤判的,因為它超越了思維極限,違背了生命法則。所謂零度好比定準星,座標原點四面八方路路通,至少是360維度。中國古典文化與瑪雅文明都認知了零的妙用,這是物質多樣性的玄機與化機。