超强场下真空失稳而产生正负电子对意味着真空不空，隐藏着暗物质能够失稳成为正负电子对

在1951 年，施温格成功地从理论上描述了在静态均匀电场中的正负电子对的产生过程。他用固有时(proper-time)方法得到了自洽协变的恒定电场下的单圈有效拉格朗日量，并进一步给出了正负电子对的产生率， 即著名的公式w ∝exp( -Ecr /E) ，其中E是外加的常数电场，而Ecr =m2 /e 是施温格发现的临界电场强度，它的物理意义是：在该电场强度下，电子在一个康普顿(Compton)波长内所做的功刚好等于其静止能量，或者是该电场强度在康普顿波长的距离上所做的功提供了克服负能电子从狄拉克海(Dirac sea)中跃迁为正能电子所需的能量。显然对正负电子对的产生而言，它给出的临界场强大小是Ecr=1.3×1016V/cm。由于施温格的系统性和创造性的理论研究，特别是该问题涉及到了非微扰论的特性，后来人们把超强场下真空失稳而产生正负电子对的现象称为施温格效应(Schwinger effect)，或施温格机制(Schwinger mechanism)。

之后，科学家已经采用各种方法将施温格的静态空间均匀电场扩展为空间和时间依赖的场，并计算出超强电场在“真空”中电离出电子对的概率，这在很大程度上推动了量子电动力学(Quantum Electrodynamics，QED)的发展。

现有理论认为，正反粒子对结合产生光子，或者光子能够转化为正反粒子对。然而，超强电场“真空”产生电子对，“光子”并没有参与。为什么会无中生有，凭空产生质量、电荷？

一百多年来，多种场论被提出，并试图找到场物质粒子，遗憾的是迄今尚未实现。在过去的十年里，通过精确的宇宙观察得到了令人惊讶的宇宙模型：暗物质质量远大于可见物质质量，暗物质是宇宙质量的主导形式。迄今，通过数值模拟和引力透镜观测能精确地确定暗物质分布，并且粒子物理学家已经提出了十几种可能的暗物质候选者。几十年来，捕获暗物质和实现场论统一都一直是物理学家和天文学家的最大愿望，然而他们依旧两手空空。

从2000年至2002年，高级薄电离量能器(Advanced Thin Ionization Calorimeter，简称ATIC)的研究人员观测到210个电子和正电子，这比预期多70个，这些被认为是由暗物质所产生的。与物质反物质探索和轻核天体物理研究有效载荷(Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-Nuclei Astrophysics，简称PAMELA)的研究小组所发现的结果一样，暗物质的湮灭应产生等量的电子和正电子。Cho认为PAMELA观测到的是电子对产生的起始阶段，而ATIC是观测到了整个碰撞的过程；一些理论物理学家认为ATIC和PAMELA观测的数据是完全兼容的。对于ATIC和PAMELA观测到的电子和正电子流，Chang等人也认为暗物质的湮灭可以解释这种现象。冷暗物质探测II (Cryogenic Dark Matter Search II，简称CDMS II)合作组的研究表明暗物质的候选者具有电离的特性。总之，已经有大量的实验研究表明在“真空”中可以生成电子对，并且电子对可以“湮灭消失”，这表明暗物质粒子可能是一种包含正负电子的稳定粒子。而在一定条件下电子对够湮灭释放出能量，形成能量较低且稳定的暗物质粒子；在一定的条件下，暗物质粒子吸收足够的能量而电离成电子对。幸运的是，电子对产生与湮灭的大量相关实验已经被完成，从本质上来看，已经捕捉到了暗物质粒子。

暗物质好似在宇宙中纵横交错编织了一张巨大而看不见的网，被认为是促成星系、恒星和行星产生的原因，主导了宇宙结构的形成。因此在天文学家和物理学家眼中，对暗物质的认识每前进一小步，都意味着对宇宙未知领域探索迈出一大步。暗物质以粒子形式存在，暗物质粒子是连接星系-行星的“谱带”，也是可被极化的“磁极子粒子”，并具有传递能量的粒子效应。

总之，暗物质可以与不同可见物质相互作用，是物质间万有引力的传递桥梁，并能够合理解释万有引力超距作用，也是场物质的实体化、粒子化体现。

暗物质已知特性包括：①具有质量；②连接星系的“谱带”；③具有万有引力特征；④具有传递能量的粒子效应；⑤可被极化；⑥分布规律与引力场分布规律相同；⑦湮灭产生等量的正反粒子；⑧完全透明。

麦克斯韦用被誉为有史以来最美公式完美地统一了电和磁，预言光是一种电磁波，并精准地预测了电偶极子，赫兹用实验完美地验证了电偶极子，这表明空间里含有电偶极子。电偶极子的两极只能是质量相等、电荷相等，否则会反射电磁波而可见，正反粒子偶极子是电偶极子的唯一选择。

目前普遍认为电子对结合的电子偶素(positronium)是不稳定的，正负电子湮灭，物质转化为伽马射线等能量。另外，伽马射线也可以在真空中生成电子对。正电子是反物质，电子对和“光子”可以相互转化，但这里的物质、能量和电荷的守恒问题需要严格论证。

A. 正反粒子对结合后湮灭消失，距离为0，那么正反粒子对的势能为无穷大。遇到这种质疑，有人会解释，正反粒子对结合湮灭后半径不为0，那半径为多少才能解释这一现象？

B. 正反粒子对结合前具有初始质量、能量和电荷，初始质量、能量和电荷哪里去了？

C.正反粒子对与“光子”相互转化的机理需要严格论证，为什么是成对转化，不能单个粒子转化？是由于单个粒子没有电势能，只有粒子对有电势能转化为电磁能。

D.质量与能量相互转化缺乏精准的实验验证，能量脱离物质能否单独存在也需要严格论证。物质是能量的本体，没有物质能量无所依；物质是能量的受体，没有物质能量无所传；且能量的传递过程必须伴随着物质间的相互作用。

E.加速器中正反质子对和正负电子对都被加速到接近光速，质子对质量是电子对质量的1836倍，质子对初始动能是电子对初始动能的1836倍，质子对和电子对结合后都是释放出一对“光子”，但减掉初始动能，质子对和电子对结合释放的能量是相同数量级的。这表明电子对和质子对将电势能转化为电磁能，结合为能量更低、更稳定的正反粒子偶极子。

F.超强电场、交变电场、超强磁场等众多方法能在“真空”中产生电子对，电子对是如何凭空产生的。

G.电子的轨道跃迁吸收或释放“光子”，仅仅是电子的电势能与“光子”相互转化。没有证据表明“光子”转化为不同带电粒子，或不同带电粒子转化为“光子”。

H.在任何情况下，任何两束交叉光都不会发生碰撞，表明运动中的“光子”的体积为零，且无静止质量，意味着光子仅仅是能量子，否则物理本质无法解释。

I. 体积与静止质量为0的“光子”不含任何电荷，单个“光子”传递电磁波的机理需进一步论证。

J. 威尔逊云室实验表明单个粒子的运动轨迹不是波动的，完全符合宏观物质的运动规律，单个光子的波动机理需进一步论证。

K. 单个“光子”振动形式及其产生横波而非纵波的机理需进一步论证。

L. 不同介质中的“光子”仅仅在交界面发生速度变化的传播机理需进一步论证，并且只有介质才能影响“光子”速度的机理需要严密论证。

M. 光子间不能相互吸收、传递或相互作用，与电磁波理论有明显矛盾。

N. 电子对碰撞可以产生质子对或介子对，质量比相差3个数量级，但能量却相当。

实际上，正反粒子对产生与湮灭，本质上就是对称性破缺与对称性恢复的不断循环过程。电子偶素仅仅是正负电子对与电子偶极子转化的过程，且仅仅是一个过程。在量子场论中的正反粒子偶极子是场的基态，而采用不同方法电离分解出的正反粒子对是场的激发态。而观测到的只是正反粒子对结合，并将电势能转变为电磁能释放的过程，并没有发现正反粒子偶极子的最终产生，由于正反粒子偶极子是对称的，只能传递电磁波，不能反射电磁波，因此无法被电磁波所直接探测到，是暂时不可见的暗物质。因此，电子偶素记录的仅仅是一个及其短暂的过程，最终产物是暂时还不可见的正反粒子偶极子。

另外，可以通过能量与物质的辩证关系论证。首先，物质的最重要特征是物质性，即物质不能创生，也不能消失，质量和能量的相互转化缺乏确凿的实测证据。其次，物质是能量的本体，没有物质能量无所依。能量是物质的属性，任何能量都不能脱离物质而单独存在，不存在无物质的能量。目前没有任何证据表明能量能脱离物质而单独存在。还有，物质是能量的受体，没有物质能量无所传。物质和能量不能相互转化，同时，二者是不可分割的共同体。但能量可以转化与传递。最后，没有物质的相互作用，能量无法传递。

电子对能够结合生成电子偶极子；电子偶极子也能够电离分解成电子对。电子偶素只是电子对生成电子偶极子的中间过程。由于现今条件下，只能观测到这个结合过程，还无法“看到”最终的结合产物，因此很多人误认为这个过程是最终不稳定的产物，而忽略了隐藏在背后的最终产物。

总之，一个暗物质粒子中包含一对正反粒子，即暗物质粒子是正反粒子偶极子。

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