科學也可以如此靠近

宇宙中應該有一個反物質世界,否則,反物質到哪裡去了?


2018年4月16日19時 今日科學 獨品一鳴
獨品一鳴

眾所周知,我們居住的世界,一切可見的東西,包括宇宙天體都是由原子、分子等微觀粒子所構成,科學家稱它們為正物質。

1928年,英國物理學家狄拉克通過實驗,從理論上證明世界上存在帶正電荷的正電子;1932年,美國物理學家卡爾·安德生通過對宇宙射線間相互作用的過程中,發現並證實了正電子的存在;1955年,美國科學家塞格雷和張伯倫在加利福尼亞大學利用質子同步照射器,射出了高能質子,再用這高能質子轟擊銅靶,產生了帶負電的反質子,1956年又發現了磁極極性與普通中子相反的反中子,以後又發現以順時針方向自旋的反中微子;20世紀60年代前後,科學家又相繼發現一系列反超子;1979年,美國科學家在35

000米高空捕捉到28個反質子,稍後,又在外層空間發現反物質流;在此後進行的一系列實驗中,發現除了光子等少數粒子的反粒子是其本身外,所有粒子都有反粒子;最近幾年人們合成了第一個反原7反氫原子。但對於能構成反物質的其他各類反原子、反分子都還一無所獲,產生這些困難的原因在於人們發現的反粒子都是從宇宙射線中獲得的,而宇宙射線要到達地球首先要穿過厚達3000千米-4000千米的大氣層,射線中的絕大部分反粒子在到達地球前都已經與大氣層中的粒子中和了,因而人們所能探測到的反粒子就微乎其微了。而且反粒子都很不穩定,很容易和周圍物質粒子發生湮滅。所以,科學家認為,在我們所處的這個物質世界中是不可能存在反物質的,即使存在也會很快和周圍物質相中和,但在宇宙空間深處可能存在一個與正物質世界完全相反的反物質世界。

科學家計算出某種類星體爆炸產生的能量,遠遠超過核爆炸能量的倍數,

這說明宇宙中有一種能量超過核能,它會是什麼呢?最有可能是反物質與正物質之間的一種特殊過程。另外,科學家認為宇宙中的奇異速度,同樣與反物質有關。可能的情形是正物質突然走進反物質,但反物質又不與正物質完全吻合,所以正物質並不化為烏有。由於反物質的時間、空間和能量均為零,所以我們觀測到的天文速度就超過了光速。根據愛因斯坦質能方程,

物質減少的質量將會轉化為能量。現在我們廣泛應用的核反應正是利用了這一點,但核反應不能使質能完全轉化,而正物質與反物質相中和,因其放出的是零質量的γ光子,所以其質量將會完全轉化為能量。

如果我們承認宇宙中存在反物質,承認宇宙中許多事物都具有對稱性,那麼有沒有一個反物質世界與物質世界相對應而存在呢?如果真像宇宙大爆炸理論所描述的那樣

,在宇宙形成之初產生了等量的物質和反物質,應該有一個反物質世界,否則,反物質到哪裡去了?關鍵是如何分辨哪些天體是由反物質組成的?哪些天體又是由普通物質組成的?在我們居住的宇宙小小角落裡,還從來沒有人探測到過反星球、反星系。

直接觀測反星體十分困難,因為原子和反原子所輻射出的都為光子,這樣,即使你看到一個反星球,可是其外貌跟一般星球並無二致。一個間接的辦法是觀測湮滅γ輻射,因為反粒子和正常粒子一旦相碰湮滅,會化成一陣γ射線暴。若我們近旁(例如銀河系內)有反物質存在,由於星球會發生爆炸,其包藏物質被拽人星際空間,成為周圍星球相互交換的物質,這樣,物質和反物質勢必不時發生碰撞,而產生湮滅信號。事實上,天文界一直未觀測到這種信號。丁肇中博士認為,反物質可能統治著本星系群外的某些空域,它們是如此遙遠,以致其特徵性湮滅信號十分暗弱,難分真偽。丁肇中博士說:「宇宙包藏著約10億個星系團,要排放任何反星系是不可能的。」


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