 在這幅圖中，電子和它們的反物質(zhì)對應(yīng)物——正電子，在中子周圍相互作用。但為什么宇宙中我們能看到的物質(zhì)比反物質(zhì)多得多?圖片來源：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心 作者：保羅·M·薩特(Paul M. Sutter)是俄亥俄州立大學(xué)(Ohio State University)的天體物理學(xué)家，主持過《向宇航員和太空電臺(tái)提問》(Ask a Spaceman and Space Radio)節(jié)目，著有《你在宇宙中的位置》(Your Place in The Universe)一書。 我們知道有一種物質(zhì)被叫做“反物質(zhì)”，你以前可能聽說過，它就像普通物質(zhì)一樣，具有相同的性質(zhì)和組成原子和分子的能力，但它和普通物質(zhì)之間有一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別：它具有相反的電荷。舉個(gè)簡單的粒子，一顆電子，其質(zhì)量為9.11 x10^-31千克，1/2的量子自旋，電荷是1.6 x 10^-9庫侖。 它有一個(gè)反物質(zhì)的孿生兄弟，正電子，正電子的質(zhì)量是9.11 x10^-31千克，1/2的量子自旋，電荷是-1.6 x 10^-9庫侖。 對于其他粒子也是一樣。頂夸克有一個(gè)暗面雙生子(反物質(zhì))，中微子，介子等等。構(gòu)成我們?nèi)粘Ｉ畹乃谢玖Ｗ佣加幸粋€(gè)反物質(zhì)伙伴，而它們就住在電荷柵欄的另一邊。 這一切都很好，非常好，沒什么大不了的，除了一件有點(diǎn)重要的事。就我們所能理解的理論和觀察到的情況來看，物質(zhì)和反物質(zhì)不僅是這樣配對，而且它們還是對稱的，在一個(gè)反應(yīng)中產(chǎn)生的每一個(gè)正常物質(zhì)粒子都有它的反物質(zhì)同胞粒子伴隨配對出現(xiàn)。 這導(dǎo)致我們得出了一個(gè)唯一的結(jié)論：我們的宇宙中應(yīng)該充滿了反物質(zhì)，這些反物質(zhì)與普通物質(zhì)等量存在。那就是說，整個(gè)行星、恒星和星系都可以是由反物質(zhì)構(gòu)成的!或者至少說，宇宙中漂浮著大量的反物質(zhì)粒子。 但當(dāng)物質(zhì)和反物質(zhì)相遇時(shí)，那就不是什么好消息了。就像在基本相互作用中粒子會(huì)成對產(chǎn)生一樣，它們也會(huì)成對被破壞。當(dāng)一個(gè)粒子最終與它的反粒子伙伴相遇并“握手”時(shí)，他們就會(huì)像虎豹小霸王一樣：在一片輝煌中隕落。 它們所有的組成物質(zhì)都會(huì)轉(zhuǎn)化為能量，這些能量通常以高能伽馬射線輻射的形式存在。 力量中的擾動(dòng) 我們沒有在宇宙中看到大量自由漂浮的反物質(zhì)，因?yàn)槲覀儧]有看到它在遇到普通物質(zhì)時(shí)出現(xiàn)的那種必然破壞后果。 宇宙中充滿了不斷相互作用的物質(zhì)：跨越光年的高能粒子，物質(zhì)從星系中逸出，新的物質(zhì)會(huì)涌進(jìn)去，恒星會(huì)相互碰撞。在我們的宇宙中，物質(zhì)無時(shí)無刻都在與其他物質(zhì)混合，但如果其中有相當(dāng)一部分是反物質(zhì)的話，宇宙應(yīng)該會(huì)比現(xiàn)在更活躍才對。 那如果反物質(zhì)不在宇宙的話，它去哪了? 一種可能性是：我們的宇宙生來就是這樣的，我們的宇宙有著豐富的物質(zhì)，但它嚴(yán)重缺乏反物質(zhì)。這聽起來勉強(qiáng)可以作為一個(gè)借口，但并不是一個(gè)很好的解釋?！八緛砭褪沁@樣的”這個(gè)觀點(diǎn)在科學(xué)界里并不是最令人信服的論點(diǎn)。所以，盡管你是能夠這么說，但還是讓我們轉(zhuǎn)向其他更有成效的研究調(diào)查吧。 也許宇宙早期的某些東西導(dǎo)致了物質(zhì)和反物質(zhì)之間的不平衡。 這不是一個(gè)瘋狂的想法。在宇宙的最早時(shí)期，那時(shí)候的宇宙可是相當(dāng)瘋狂，各種瘋狂和奇異的物理現(xiàn)象都在相互作用(謝天謝地，現(xiàn)在這些瘋狂的作用已經(jīng)變成了宇宙的記憶了)。所以在那段時(shí)期宇宙也許發(fā)生了什么事，但也許當(dāng)時(shí)的宇宙運(yùn)行得很好，每個(gè)粒子都遇到了一個(gè)相等且相反的反粒子。 然后突然出現(xiàn)了一個(gè)轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了一個(gè)不平衡，出現(xiàn)了一個(gè)產(chǎn)生物質(zhì)多于反物質(zhì)的奇怪過程。大多數(shù)粒子對會(huì)被湮滅，但一些正常的粒子會(huì)保留下來，這些正常的粒子不需要太多：十億分之一的粒子就足形成我們今天看到的所有恒星和星系。 通過弱點(diǎn)的力量 要造成這種不平衡的確需要非常特殊的條件。我們的宇宙是由粒子和力如何相互作用和表現(xiàn)的規(guī)則所控制的，正正是這些規(guī)則為所有奇妙的互動(dòng)奠定了框架，構(gòu)成了豐富多彩的日常生活。 但有時(shí)規(guī)則是需要被打破的，就像早期的宇宙一樣。畢竟，正是這些相同的規(guī)則表明物質(zhì)和反物質(zhì)之間的差異本來就不應(yīng)該出現(xiàn)。 但無論是什么樣的反應(yīng)、什么樣的過程最終導(dǎo)致了普通物質(zhì)的“勝利”，可以肯定的是這些過程一定很奇怪。首先，它不僅要產(chǎn)生過量的普通物質(zhì)，還要產(chǎn)生過量的電荷來抵消它。否則，因?yàn)樵谡麄€(gè)過程中總電荷必須保持不變，普通物質(zhì)會(huì)反物質(zhì)完美地平衡。 此外，這個(gè)過程必須在一個(gè)非常明顯的界定范圍內(nèi)發(fā)生，即當(dāng)早期宇宙從一種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)的時(shí)候。只有在這個(gè)時(shí)候物理學(xué)才會(huì)允許這種違反物理規(guī)則的過程發(fā)生;否則，一個(gè)處于平衡狀態(tài)的宇宙最終只會(huì)平衡所有的相互作用。 在所有已知的物理學(xué)中，有沒有什么東西可以使反物質(zhì)消失?嗯,也許吧。在涉及弱核力的罕見粒子相互作用中卻確實(shí)隱藏著一些線索，但對這些相互作用我們理解的還不多，尤其是它們在早期宇宙中發(fā)生的方式，但即使是根據(jù)我們對其有利物質(zhì)能力的最佳猜測，這些相互作用的威力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于能夠解釋我們宇宙目前狀況所需要的最低限度。 物質(zhì)與反物質(zhì)不對稱的起源是物理學(xué)中的一個(gè)突出問題。這個(gè)問題突破了現(xiàn)有知識(shí)的邊界，并且將我們對宇宙的理解推進(jìn)到了宇宙最早期的一些時(shí)刻，可以說，這真的是一個(gè)非常重要的問題。 |
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