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宇宙是由什么物质组成的?


,发生着温度从热到冷、物质密度由密到疏的演化过程,在这一过程中,同时形成了诸如电子、质子、中子等粒子,以及它们的反粒子(反电子、反质子、反中子等),粒子与反粒子接触会产生能量巨大的“湮灭”,由于粒子数稍多于反粒子,因此,由剩余的粒子组成了目前的物质世界。

如果找不到构成反物质的反粒子,那么神秘大爆炸与反物质的关系也只是一个科学假设而已,更何况,否定反物质存在的人也很多,例如美国著名宇宙学家施拉姆就说过:“大多数理论家的直觉是不存在反物质的,这意味着,如果你找到它,那将是个伟大的发现,证明这些理论家都是错误的。但最大的可能是,这意味着你永远也找不到它。”

所幸的是,早在1928年,英国年轻的物理学家、诺贝尔奖获得者狄拉克就运用严格的理论,描述了电子性能的方程式,并且,计算所得结果都有4个解;2个正能解,2个负能解。正能解能与实验观察很好的符合,于是,狄拉克独创性地指出,负能态是存在的,真空就是一个充满负能态的电子海洋,负能态完全被电子占据。根据“泡利不相容原理”,正能态电子不能跃迁到负能态上去,因此,正能态电子是非常稳定的。同时,负能态电子与正能态电子相遇会同时“湮灭”、转化为光子。

爱因斯坦也曾建立过一个物质总能公式,根据这个公式,物质的总能量也有正负两个值,这个结论与狄拉克所得结论是一致的。

到1932年,有科学家开始在实验室里观察到反电子的存在;1955年,美国加利福尼亚州立大学伯克莱分校用高能质子去轰击铜,结果制造出了反质子;1956年,又有科学家制造出反中子;紧接着,反中微子、反介子、反原子……陆续登场,基本粒子的大家族中涌现出一大批新成员,为原子核物理学谱写了一幅颇为有趣的新篇章。

1997年,科学家宣布在银河系中心发现了反物质。

反物质到此为止已隆重登场,由于物质与反物质相遇会产生能量巨大的爆炸(1克物质与反物质相遇,能产生5×107千瓦小时的能量),类似于原子弹的爆炸并有放射性物质存在,这就可以解释人们在各地发现“神秘大爆炸”的情况。


宇宙大爆炸
在讨论并证实了反物质的存在之后,我们更关心的是,真的有一个与物质世界相对应的“反物质世界”吗?如果有,它是个什么样的?

我们不禁联想到美国电影《费城实验》,它讲的是1943年12月,美国海军在费城进行了一项秘密实验,用来做实验的一艘驱逐舰在强磁场所产生的绿色烟雾中突然消失了。军方在停止实验后,却惊奇地发现它们的驱逐舰在眨眼之间已经驶到远在470千米开外的诺福克码头。

这真是一个奇异的世界。可是要是我们走进反物质世界,那才真正是一个奇妙的世界呢!所有的物质定理都要翻个个儿,在反物质世界里,力的作用方向恰好相反,你如想提起反物质物体,不得不把物体向下按;反物质做成的钉子,要对准墙用力向外拔它,它才会钻进墙里。我们的基础理论仿佛一夜之间变了个样,谁也不敢想象在这样的世界里究竟会发生什么或者正在发生什么。

在现实生活中,究竟有没有这样一个奇妙的世界呢?科学家根据广义相对论引力场方程推出:宇宙中的黑洞是连接两个分离时空区的隧道,假如反物质世界处于另一时空,那么黑洞就可能是反物质世界的通道。当然,对于黑洞内部,我们仍然一无所知,但是,黑洞内部最大的可能就是一个反物质世界。

反物质的发现不仅仅能为我们解释数起神秘大爆炸原因,还会为宇宙的起源提供突破性的线索,从某程度上说,宇宙、真空和反物质是有其统一的一面的。

反物质的发现还被认为是人类的最终能量,是宇宙飞船最理想的燃料。科学家们认为,反物质是无止尽能量的来源。在宇宙中有一种奇怪的天体叫做类星体;它释放的能量高达1045克尔格/秒,比银河系所有恒星释放的总能量还要多得多,但它的体积却很小,直径不到1光年。

打个比方,假如在银河系银心处有一个类星体,那么太阳早就黯然无光了。目前我们所知的恒星的能量来源是氢核反应,可是氢核反应决不能释放出像类星体那样剧烈的反应,那是什么样的反应才能如此剧烈呢?惟一的解释就是反物质的湮灭反应。

到底暗物质和暗能量的本质是什么?科学家正在寻找这些问题的答案,如果找到了,其意义肯定是宇宙级的。

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贡献者:邵华  来源:不详  
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