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      反物質(zhì)世界去哪了?

      2018-10-20 10:08:12蘇瓊山
      科學(xué)之謎 2018年7期
      關(guān)鍵詞:反物質(zhì)中微子氫原子

      蘇瓊山

      問題的提出

      你知道有個反物質(zhì)世界嗎?因?yàn)橛形镔|(zhì)就有反物質(zhì)——現(xiàn)在科學(xué)家已“造”出了反氫原子——我們生活在物質(zhì)世界,那么就有個反物質(zhì)世界,那反物質(zhì)世界去哪了?

      物質(zhì)與反物質(zhì)同時誕生于宇宙大爆炸,似乎應(yīng)該是成對出現(xiàn)的,然而,我們今天所能觀察到的宇宙全部由物質(zhì)組成,卻幾乎找不到反物質(zhì)的蹤影。

      物質(zhì)與反物質(zhì)在宇宙中的含量存在如此極端的差異,其中的緣由物理學(xué)家還不得而知。也許,宇宙誕生時反物質(zhì)的含量就是極少的;也許,宇宙的某個范圍是物質(zhì)世界,另一個范圍是反物質(zhì)世界,而人類只是偶然居住在物質(zhì)世界里。

      如果后一種情況是真的,即,宇宙在大爆炸之后也產(chǎn)生了一個擁有大量反氫和反氦的反物質(zhì)世界。那么,這個遙遠(yuǎn)的反物質(zhì)世界演變到今天會是什么樣子呢?

      奇異的反物質(zhì)世界

      按照物理學(xué)理論,反物質(zhì)與物質(zhì)之間最基本的區(qū)別在于兩者帶有相反的電荷,比如,一個質(zhì)子帶有一個正電荷,而一個反質(zhì)子則帶有一個負(fù)電荷。如果反物質(zhì)與物質(zhì)互為鏡像,只存在電荷符號的差異,那么反物質(zhì)世界的演變過程與我們物質(zhì)世界所經(jīng)歷的演變過程不會有什么不同。宇宙中的反氫和反氦會凝聚成反物質(zhì)恒星,并在反物質(zhì)恒星的核心中融合出更重的反物質(zhì)元素,然后,宇宙中還會出現(xiàn)反物質(zhì)行星甚至反物質(zhì)生命。

      而當(dāng)反物質(zhì)生命仰望天空時,看到的景象很可能與我們所看到的景象相同。因?yàn)?017年,物理學(xué)家已經(jīng)生產(chǎn)出了反氫,并且首次對反氫原子進(jìn)行了激光光譜分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),反氫原子的光譜與氫原子的光譜完全吻合。所以,一個反物質(zhì)太陽會發(fā)出與我們的太陽同樣的光,而這些光也會反射出一個與月亮同樣明亮的反物質(zhì)月亮。

      不過,上述這一情景都是建立在“反物質(zhì)與物質(zhì)互為完美鏡像”的基礎(chǔ)之上的,但是,反物質(zhì)與物質(zhì)之間很可能還有一些其他方面的微妙差異。

      怪問題的怪解釋

      比如,反物質(zhì)也許不具備常規(guī)質(zhì)量,導(dǎo)致它們之間的相互作用不是“萬有引力”,而是“萬有斥力”。在這種情況下,反物質(zhì)宇宙將永遠(yuǎn)不會形成恒星或星系,而只會充滿反氫和反氦的云氣。又比如,中微子是不帶電荷的,物理學(xué)家原本認(rèn)為反物質(zhì)的中微子等同于物質(zhì)的中微子,但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)兩者其實(shí)略有不同。中微子有一種螺旋屬性,物質(zhì)的中微子是左旋的,反物質(zhì)的中微子是右旋的。

      這點(diǎn)差異本來不算什么大事,但1956年,美籍華裔女物理學(xué)家吳健雄曾經(jīng)觀察過鈷-60原子的放射性衰變,她發(fā)現(xiàn)了具有左旋屬性的原子和具有右旋屬性的原子會以不同的速率衰變。物理學(xué)家設(shè)想,如果反物質(zhì)與物質(zhì)的螺旋屬性是相反的,那么兩者的衰變速率將會是不同的。這也許就是我們?yōu)槭裁丛谟钪嬷锌床坏椒次镔|(zhì)的原因——它們的質(zhì)子可能早就衰變成輕子了。

      所以,如果存在反物質(zhì)世界,那反物質(zhì)世界去哪里了?

      它也許存在于遙遠(yuǎn)宇宙的彼端,有著與我們的世界完全一樣的風(fēng)景;

      它也許散布在廣袤的宇宙空洞中,除了輕元素氣體外別無他物;

      甚至,反物質(zhì)世界早已衰變消亡了,它的遺跡可能就在我們身邊。

      當(dāng)然,物理學(xué)家更傾向于認(rèn)同第一種可能性,畢竟,“萬有斥力”以及“質(zhì)子衰變”的假設(shè)都太大膽了。但目前,物理學(xué)家只能在實(shí)驗(yàn)室中獲取只有毫微克量級的反物質(zhì),而且很難將它長時間保持在穩(wěn)定狀態(tài),所以,物理學(xué)家還無法對反物質(zhì)進(jìn)行充分研究以推翻后兩種可能性。不過,如果這些難題有一天被物理學(xué)家破解,那將是石破天驚的事件。

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