宇宙中有没有反物质?
1998年6月,人类向太空发射了一个叫做"阿尔法磁谱仪"的科学探测仪器,试图找到宇宙中的反物质粒子,以证实反物质世界的存在。科学界迄今为止还没有宣布这次探测的结果。因此,宇宙中有没有反物质,目前仍是一个谜。
那么,什么是反物质呢?我们都知道,目前人类观测到的世界是由物质构成的,而物质又是由原子构成的。原子的中心是原子核,原子核是由质子和中子组成的,另外还有电子在围绕原子核高速旋转。原子核里的质子带正电荷,电子带负电荷,它们携带的电量相等。从它们的质量比较上看,质子是电子的1840倍,形成了强烈的不对称性。因此,本世纪初有一些科学家就提出疑问,两者相差这么悬殊,会不会存在另外一种粒子,这种粒子与基本粒子电量相等而电荷相反?如:一个同质子质量相等的粒子,带的是负电荷,另一个同电子质量相等的电子,带的是正电荷。这就是反物质概念的最初观点。
1928年,英国物理学家狄拉克从理论上提出了带正电荷电子存在的可能性。这种粒子,除电荷与电子相反外,其他都一样。1932年,美国物理学家安德逊经过实验,把狄拉克的预言变成了现实。他把一个伽玛光子分解成了一对粒子,其中一个就是电子,而另一个同电子质量相同的粒子,带的就是正电荷。1955年,美国物理学家西格雷等人在高能质子同步加速器中,用人工方法获得了反质子,即质量同质子相等,却带负电荷的质子。1978年8月,欧洲一些物理学家又成功地分离并储存了300个反质子达85个小时。1979年,美国新墨西哥州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氢气球放到离地面35千米的高空,气球飞行了8个小时,他们宣布捕获了28个反质子。从此,人们开始相信,每种粒子都有相应的反粒子。目前,科学家利用高能加速器已制造出了反氘核和反氦核。
既然有反粒子的存在,那么原子是否有相对应的反原子呢?人们很自然地联想开去:一个质子和一个带负电荷的电子结合,便形成了氢原子。那么,一个反质子和一个带正电的电子结合,不就形成了一个反氢原子吗?以此类推,岂不会形成反氢分子、反元素、反分子吗?由此便构成了一个反物质世界。有人进一步提出假说:宇宙是由等量的物质和反物质构成的。从理论上讲,宇宙中应该存在着一个反物质世界。可事实上真要验证反物质世界的存在非常困难。因为,科学家们经过研究发现,粒子和反粒子一旦相遇,它们就会发生湮灭现象,迅速同归于尽,同时转化成高能量的伽玛光子辐射。然而奇怪的是,人们从来没有在宇宙空间中发现这种光子辐射。在我们的地球上是很难找到反物质的,因为它一旦遇无处不在的普通物质,就会湮灭殆尽。那么,宇宙中到底有没有反物质?按照对称宇宙学的观点,反物质世界是存在的。这一学派认为,我们所看到的全部河外星系(包括银河系在内),不过是个庞大而又稀薄的气体云,由等离子体构成。等离子体既包含粒子,也包含反粒子。当气体云在万有引力作用下开始收缩时,粒子和反粒子接触的机会就多了起来,由此不断产生湮灭效应,同时放射出巨大能量,收缩的气体云又开始膨胀。这就是说,等离子气体云的膨胀,是由正、反粒子的湮灭引起的。
按照这种说法推论,在宇宙的某个部位,一定存在着反物质世界。如果真有反物质世界,那么,它只有不与物质会合才能存在。可物质和反物质怎样才能不会合呢?怎样才能判断出宇宙中哪些天体是物质,哪些又是反物质呢?为什么我们所知道的世界中反物质会这么少?这些都是留待人们去解开的谜团。
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