科学家实现用纯光创造物质 证明了布莱特·惠勒效应

Long Island（美国）早在1934年就提出的布赖特-惠勒效应，描述了光转化为物质的过程。通过该理论，物理学家Breit和Wheeler能够证明，当两个高能光子发生碰撞时，会产生一个正电子和一个电子，即形成物质。现在一项实验首次证明了这一理论。

早在1905年，爱因斯坦就在他的狭义相对论中描述了质量和能量相等的自然规律（E = mc²）。据此，能量和物质是等价的，可以相互转换。物质和能量的一个方向是无所不在的。它永久地发生在太阳中，例如，当原子核融合时，能量以辐射的形式释放出来。

布鲁克海文国家实验室的Zhangbu Xu解释说："Breit和Wheeler已经很清楚，这在实践中几乎不可能实现。"。直接转换将至少需要一种在高度集中的离子中发射由伽马射线光子组成的激光，然而，研究尚未能够开发出这样的激光器。

另外，Breit和Wheeler假设了一种方法，其中加速的重离子作为光源而不是光子束。因为带强正电的原子核在极高的加速度下在其周围产生强烈的电磁场，它们的物理特性在某些条件下类似于光子。根据这一理论，当一个离子在粒子加速器中移动时，它被一团光粒子所包围。当两个这样的原子核在加速器中向对方移动并几乎相撞时，它们的光子云就会相互作用。其中一部分被大大加速，高能量的光粒子发生碰撞。根据理论，在这个过程中应该出现成对的电子和正电子。

由布鲁克海文国家实验室（BNL）的Zhangbu Xu领导的一个团队现在使用相对论重离子对撞机（RHIC）上的STAR探测器对这一近百年的理论进行了实验测试。根据他们在《物理评论快报》上发表的文章，他们将金核加速到9999%的光速进行碰撞。他们检查了电子和正电子对释放的衰变产物，这些电子和正电子的质量分布、能量和量子状态与Breit-Wheeler效应的分布一致。总的来说，物理学家们能够找到6085个具有相应特征的电子-正电子对。在一个额外的实验中，科学家们还检查了碰撞过程中产生的光子是否具有正常光粒子的特征，这也得到了证实。

"我们的结果为从光的碰撞中直接、一步产生物质-反物质对提供了明确的证据--正如Breit和Wheeler在理论上所描述的那样，"Daniel Brandenburg解释说。因此，它已被证明光直接转化为物质是可能的。

爱因斯坦著名的质能方程E=mc2提示了质量与能量的统一本质。质量转换成能量对我们来说很普遍，但一直以来很难看到纯粹从能量转换成质量的过程。1934年物理学家乔治布 莱特 (Gregory Breit) 和约翰惠勒 (John A Wheeler) 预言了一种物理过程，一对光子通过极化脉冲式电磁场时可以生成一对正负电子，这个过程称之为布莱特－惠勒过程。简单地说，此过程可以将纯粹能量形式的光转换成物质。

质能方程

迄今为止，只有1997年在斯坦福直线加速器 (SLAC) 上看到过多光子参与的布莱特－惠勒过程。5月19日，帝国理工学院的Oliver Pike和他的同事们在《自然》“光子学”子刊发表了一篇论文 (doi:101038/nphoton201495)，提出了一种产生布莱特－惠勒过程的新方法。据此，我们有望很快看到光能够直接转换成物质的新证据，从而可以让质能方程画上一个完美的句号。

目前，理论预言的由光子、正负电子及核辅助参与的物理过程有七种（如下面的费曼图所示），除了布莱特－惠勒电子对产生是纯粹由能量转换成粒子的过程外，其余的经常在自然 界及实验室中可见。1997 年在SLAC上首次观察到的布莱特－惠勒电子对产生，但这个过程中间涉及到复杂的粒子和光子的混合。

光子－电子参与作用的物理过程

Oliver Pike是在和同事喝咖啡期间意识到他们正在讨论的用于聚变的方案或许可以用来产生布莱特－惠勒电子对，而这个方案比原先SLAC上的过程要更加直接。Pike他们所设计的方案如下图所示。首先用高能电子轰击金板，产生一束比太阳光强十亿倍的光束，再准直到一个名为“环空” (hohlraum) 的空心金环中，这束光在该环空的内表面会产生热辐射场，生成类似于超新星发射的光束，这就好像是瓶子中的超新星一样。然后，让来自两个光源的光子会在环空中碰撞并产生布莱特－惠勒正负电子对。

Pike等设计的光子－光子碰撞过程

Pike及其同事正在努力寻找高能激光束来开展实验。目前有两家实验室似乎具备此能力，一个在英国波克夏的Aldermaston小镇，另一个在美国纽约的Rochester。如果顺利的话，也许本年度就会看到相应的实验结果。

2000年是量子理论问世一百周年，惠勒写了一篇文章《量子何为？——量子物理的荣耀与耻辱》表示纪念。他说：

这就是普朗克之后一百年的量子物理，全部化学、生物学、计算机技术、天文学和宇宙学的理论基础。然而，如此值得自豪的基础，却仍不能知道其自身基础。我们可以相信，我确实相信，对于“量子何为”这个问题的回答也将被证明是对“存在何为”这个问题的回答。

2001年年初，惠勒在给笔者的电子邮件中指出：“未来的物理学应该来自于我们对量子理论的更深入理解，而不是来自对量子理论的评判。”

在对这些基本问题的思考中，惠勒从物理学走到了哲学。

　　可用沉一点的哑铃代替杠铃做仰卧推举。

　　仰卧推举是发达胸肌最常见也是最有效的方法之一。卧推因体姿不同，又分为平卧推举、上斜推举和下斜推举。卧推所用的器械主要是杠铃和哑铃。做杠铃卧推是最好配一个承接横杠的卧推架。

　　杠铃卧推有三种不同的握法：两手之间的距离小于肩宽的称窄握距；两手间距同肩宽或稍宽的称中握距；两手间距比肩宽出两个手掌的叫宽握距。握距不同，所锻炼的部位也略有不同。窄握距有助于发达肱三头肌；中握距主要发达胸大肌外侧的中部、中下部、中间沟和部分下缘沟；宽握距主要发达胸大肌的上部、外侧的中上部和三角肌前束衔接的部位。

　　以平卧推举为例，其预备动作有以下几点需要注意：1两脚掌一定要踏实； 2以上背部和臀部触及凳面，使躯干成“桥形”； 3横杠置于乳头上方1厘米处。如采用哑铃，两手持铃应平行于肩，将哑铃置于两肩外侧接近于乳头的平行线上。

　　卧推动作的要领也有几点要注意：1以胸大肌的突然收缩力，将杠铃向上推起； 2在推举过程中，躯干始终保持“桥形”； 3推起杠铃两臂伸直时，胸部要挺起，两肩要下沉，切忌“含胸耸肩”，否则锻炼效果会大打折扣。

　　呼吸方法是，举较轻重量时，推起时吸气，还原时呼气。如果举大重量或最后几次感到很累时，则采用直臂支撑时先呼吸两三次，接着吸半口气（即闭住气）的同时，使杠铃慢慢下落胸上。当杠铃触及时，立即以胸大肌的收缩力推起杠铃，直至两臂伸直时在呼吸，随即进行深呼吸。

　　进行上斜卧推时，大都采用宽握距，将横杠置于锁骨处。直臂支撑时，杠铃中心应处在肩关节的垂直线上。下斜卧推时，横杠应置于乳头下的第六或第七肋骨处。采用哑铃做上斜卧推时或下斜卧推时，哑铃分别置于胸部外侧，拳眼相对持铃。初练者一定要掌握好哑铃的中心，勿使前后晃动。

　　腹肌的训练：

　　练腹肌时不要把背拱起而是胸部应少内含，以便把张力集中于腹部。上体伸得越直，臀部参与用力越多，这不但减少了腹肌的受力，而且增加了下背部拉伤的危险。

　　训练动作： 我一般只用三个练习，并通过经常改变它们的顺序来避免单调。下面就是我最喜欢的三个练习：仰卧起坐：平躺地上，小腿搁在长凳上，然后收缩肩膀，再上腹部创造一个弧形，就好象要向前翻滚一样。做动作时我不把头伸得太靠前，以至触到了腿，因为这意味着背部将离开地面，这样臀部便开始分担本应由腹部进行的工作了。下降时，我让肩膀缓慢地回到地面，始终不松弛腹肌。

　　许多人做这个练习是喜欢把手抱在脑袋后面，但多数情况下，它们所做的只是把头向前拉。我习惯把拳头放在面前。

　　垂直举腿：做这个动作是首先应注意避免摇摆，应把身体绷紧，控制动作速度。为了刺激肋间肌，我的双膝左右转动，这也锻炼了腹斜肌。正确举腿的要点是臀部向前伸。如果只是简单地举腿，当然很舒服，但那只是刺激臀部而不是腹肌。按我的方法做，练习非常艰苦，但将完全刺激你的腹部。

　　动作速度因人而异，但应确保放腿过程缓慢，以防止摇摆。记住：你的目标是练腹肌，而不是用你能做的任何方式把腿抬起。

　　如果你发现完全伸直双腿做这个动作有困难，可屈膝做。到腹肌变得有力时，在逐渐甚至双腿做。

　　坐姿抬腿：这个动作能更好地刺激腹肌下部。坐在长凳的边缘，腿向前下放伸出，身体向后倾斜10度左右，抓住登的边缘以保持身体平衡。膝盖不要弯曲，向上举腿，直到脚尖与双眼平行，然后控制着慢慢下放。

　　控制和紧张在整个动作中至关重要，稍微的疏忽都可能导致下背部损伤。随着腹肌越来越疲劳，可逐渐弯屈膝盖，直到彻底理解。

　　许多人喜欢平躺在长凳上做这个动作，那样会引起臀部与腹部反旋转，下背部有受伤的危险，还会减少腹部的弧形张力，把更多的张力集中到臀部而不是腹肌下部。

　　漂亮的腹肌取决于三个要素：合理的饮食、有氧训练和经常的腹肌训练。把三者和谐地组合起来，你才能拥有梦寐以求的腹肌。