2019年07月30日 16:11 新浪網(wǎng)  作者 90后叔叔看娛樂

       世間萬物有陽就有陰，有正就有反，放入整個宇宙也適用。有看的見的明物質(zhì)就有看不見的暗物質(zhì)，有正粒子組成的物質(zhì)，就有反粒子組成的物質(zhì)。

       對于宇宙中的物質(zhì)，物理學(xué)家有幾種不同的歸類方法。但其中最令我們這些普通人好奇的，還是“物質(zhì)-反物質(zhì)”的分類。該理論認為，每個粒子都擁有一個質(zhì)量相同、但電荷相反的反粒子，就像它的鏡像一樣。在宇宙大爆炸剛剛發(fā)生后，宇宙中物質(zhì)與反物質(zhì)粒子的數(shù)量應(yīng)當(dāng)完全相等。兩者相遇后，便會瞬間湮滅、并釋放出能量。因此有人甚至得出了“宇宙不應(yīng)該存在”的結(jié)論。但不知為何，構(gòu)成宇宙中萬事萬物的粒子，幾乎全都是普通粒子。據(jù)歐核中心指出，宇宙中每10億個粒子中，只有1個為反粒子。

       為更好的認識反物質(zhì)，科學(xué)家將歐核中心的反質(zhì)子減速器作為研究工具。反質(zhì)子減速器能夠產(chǎn)生反質(zhì)子，并減慢其運動速度。反氫激光物理儀器（ALPHA）再將這些反質(zhì)子與正電子相結(jié)合，組成一個反氫原子。研究人員設(shè)法固定住反氫原子后，便可以用研究普通原子的方式對其進行分析。在每輪實驗中。

       反氫激光物理儀器會用激光脈沖發(fā)射出500個反氫原子，使原子中的電子躍遷至更高能級。

       接著，這些電子再躍回較低能級，反氫原子便會釋放出帶有標志性波長的光子。這就是著名的萊曼-阿爾法躍遷，常被天文學(xué)家用來研究極遠處的天體。研究人員對發(fā)射出的光子進行了測量，發(fā)現(xiàn)它們的波長與普通氫原子發(fā)射的完全相同。研究人員原期望找到一些反物質(zhì)與物質(zhì)的不同之處，但卻發(fā)現(xiàn)它們毫無分別。如果能夠弄清楚反物質(zhì)和普通物質(zhì)之間的任何區(qū)別，都可以幫助我們弄清為何宇宙并未在大爆炸之后即刻湮滅、化為烏有。

       探尋反物質(zhì)星系

       在浩瀚的宇宙中有沒有反物質(zhì)？有沒有反物質(zhì)組成的反恒星和反星系？這是物理學(xué)家和天文學(xué)家關(guān)心的問題。一些物理學(xué)家認為在宇宙誕生后的第1秒內(nèi)，物質(zhì)和反物質(zhì)都沒有被對方完全消滅，他們在宇宙中占據(jù)了各自的地盤，因此推測在宇宙的某個空間，可能潛伏著反物質(zhì)，形成反恒星、反星系，甚至是反生命。

      美國宇航局AMS利用實驗設(shè)備“反物質(zhì)太空磁譜儀”在太空軌道上搜尋反物質(zhì)星系和暗物質(zhì)。

       據(jù)科學(xué)家介紹，反物質(zhì)太空磁譜儀重約6900多公斤，造價約為20億美元。該設(shè)備將裝備于國際空間站，主要用于搜索宇宙射線以及來自外太空的高能帶電粒子。反物質(zhì)太空磁譜儀將采用一個重約1900公斤的磁鐵來產(chǎn)生一個強大的均勻磁場，該磁場比地球磁場要強3000多倍。磁場可以折射宇宙射線，從而探測器能夠分析出宇宙射線的各種屬性，如電荷、速率等。

       在2003年“哥倫比亞”號航天飛機失事后，美國宇航局最初決定反物質(zhì)太空磁譜儀升空計劃取消。后來，在科學(xué)家們的大力游說下，反物質(zhì)太空磁譜儀任務(wù)得以恢復(fù)?？茖W(xué)家們替換了反物質(zhì)太空磁譜儀上的磁鐵，并重新裝上了更大體積的中國制造磁鐵，從而大大延長了反物質(zhì)太空磁譜儀的使用壽命，使其可以一直服役至2020年，這也是國際空間站的預(yù)期壽命。

       諾貝爾獎得主、美國宇航局反物質(zhì)太空磁譜儀項目首席科學(xué)家丁肇中介紹說，“這一項目已開展了17年，共有16個國家600多名物理學(xué)家參與其中，這已成為一個重要國際合作項目。我們已經(jīng)反復(fù)檢測過多次以確保它能夠正常工作?，F(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)射升空了?！?/span>

       搜尋宇宙射線和反物質(zhì)

       宇宙射線所攜帶的能量比任何人工粒子加速器能夠產(chǎn)生的能量要高出數(shù)百萬倍。因此，它們能夠揭示出宇宙奧秘的點點滴滴，這是地球上任何實驗都無法取得的成果?？茖W(xué)家們希望，通過分析宇宙射線，反物質(zhì)太空磁譜儀能夠解決大量現(xiàn)有最困惑的科學(xué)難題，如反物質(zhì)星系是否存在，暗物質(zhì)究竟是由什么組成的等。

       在物理學(xué)領(lǐng)域中，一個最困惑的謎團就是已知宇宙中的物質(zhì)與反物質(zhì)問題。如果反物質(zhì)太空磁譜儀能夠探測到反氦或更重的反物質(zhì)元素，那么這將是反物質(zhì)星系存在的強有力證據(jù)。反物質(zhì)星系可能就是由大量的反物質(zhì)恒星組成。

       物理學(xué)的另一大謎團就是暗物質(zhì)問題。對于這種看不見、而且至今仍未確認事物的屬性，科學(xué)家們?nèi)匀恢跎伲麄冎荒芡ㄟ^引力效應(yīng)得知宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。對于暗物質(zhì)，一個最主要的候選者就是一種被稱為“中性子”的粒子。如果中性子確實存在，當(dāng)它們相互碰撞時，就會釋放出大量的高能反電子，這種高能反電子就是反物質(zhì)太空磁譜儀所要探測的對象。

       丁肇中表示，“在長期研究宇宙射線的過程中，這將是第一次以極高的精確度去完成探測任務(wù)。因此我們進入了一個新的領(lǐng)域，但我們確實不知道將會發(fā)現(xiàn)什么?！?/span>

       反物質(zhì)太空磁譜儀最初是由丁肇中于1994年提出設(shè)計構(gòu)想。該設(shè)備的目標就是在太空中研究宇宙射線，因為地球上的大氣層是研究工作的主要障礙。丁肇中介紹說，“在太空中，有兩種類型的粒子，一種是沒帶電荷的，也就是光線和微中子。在過去一個世紀中，我們對太空的理解主要基于太空中和地面上大量望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)。對于宇宙射線之類的帶電粒子，由于它們帶有電荷，因此它們肯定有質(zhì)量。因為有質(zhì)量，所以它們肯定會被地球大氣層吸收。因此，必須要到太空中觀測它們。”

       研究帶電粒子上的電荷，需要一個磁鐵。根據(jù)最初設(shè)計方案，反物質(zhì)太空磁譜儀上安裝的是一個超導(dǎo)磁鐵，使用壽命為三年，直至冷卻用的液態(tài)氦耗盡為止。丁肇中解釋說，“當(dāng)我們在一個模擬太空環(huán)境的熱真空容器中測試這種超導(dǎo)磁鐵時，發(fā)現(xiàn)它只能維持三年時間，否則就必須重新充液態(tài)氦。如果沒有航天飛機，根本沒法完成這一任務(wù)。因此，超導(dǎo)磁鐵被取消?！?/span>

       科學(xué)家們決定是否使用永久性磁鐵，永久性磁鐵比超導(dǎo)磁鐵要弱，因此敏感度將要降低30%。現(xiàn)在，中國研制的磁譜儀完全能滿足AMS實驗在空間運行的要求，并能精確地檢測到反粒子。如果反物質(zhì)磁譜儀的觀測證實了遠處有巨大的反物質(zhì)區(qū)存在，那么這肯定是一個里程碑式的發(fā)現(xiàn)。它的意義不僅證實了宇宙中有反物質(zhì)天體，更重要的是它對物理學(xué)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

       為什么美國國會如此“開恩”，專門花20億為運送AMS而特批增加航天飛機飛行次數(shù)和經(jīng)費呢？這是因為AMS實驗將有可能成為解決宇宙中是否存在反物質(zhì)和暗物質(zhì)兩個科學(xué)難題的最好方法。根據(jù)目前公認的大爆炸學(xué)說，宇宙是由大約在150億年前的大爆炸產(chǎn)生的。大爆炸應(yīng)該產(chǎn)生同樣數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。暗物質(zhì)我們找不到，我們就迂回地去找，暗物質(zhì)是由一種特殊的粒子組成，這種粒子之間發(fā)生碰撞將產(chǎn)生大量的高能正電子，可以通過AMS是否采集到宇宙中的大量正電子來確定暗物質(zhì)是否由這種粒子構(gòu)成的。AMS有望解開困擾物理學(xué)家數(shù)十年的暗物質(zhì)之謎。

       八年以來，AMS收集了超過1400億個宇宙線數(shù)據(jù)，能量高達萬億電子伏。AMS精確測量了宇宙線中的基本粒子（正電子、反質(zhì)子、電子、質(zhì)子）、原子核（氦、鋰、鈹?shù)龋┖头丛雍耍ǚ措恕⒎春ず耍?。AMS的實驗結(jié)果都不符合當(dāng)前的宇宙射線理論，帶來了對宇宙全新的認識。

       “阿爾法磁譜儀２”最新探測的正電子流強結(jié)果顯示，從約８ＧｅＶ（８０億電子伏特）的能量級開始，關(guān)于正電子流強的探測結(jié)果曲線與傳統(tǒng)宇宙線碰撞模型的預(yù)測曲線相比開始上升，前者隨后在約１ＴｅＶ（１萬億電子伏特）的更高能量級處又顯示出急劇減少的趨勢，這個現(xiàn)象很好地符合相關(guān)暗物質(zhì)模型。

       另一種對這個現(xiàn)象的解釋是相關(guān)正電子來源于脈沖星等天體。

       反物質(zhì)武器是核武器威力的10000倍

       反物質(zhì)研究成為目前各國研究的重點。它是目前核武器中最強、最重要的一種。物質(zhì)與反物質(zhì)相撞會將將近100%質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量(高能伽瑪射線)，而利用核聚變反應(yīng)的氫彈則大約是只有7-10%的質(zhì)能轉(zhuǎn)換。

       但一旦發(fā)明出來且觸發(fā)，極為可能造成人類浩劫，太多數(shù)量的反物質(zhì)武器甚至可以造成世界毀滅。反物質(zhì)武器究竟有多厲害呢？根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)幾克反物質(zhì)武器所產(chǎn)生的威力相當(dāng)于一顆中型戰(zhàn)略核彈爆炸所釋放的能量，1克反物質(zhì)就能夠為23架航天飛機提供動力，用數(shù)十毫克反物質(zhì)作燃料推動太空船，一個半月就可以抵達火星，這些都足以說明反物質(zhì)能夠產(chǎn)生巨大的能量。只要使用3g的反物質(zhì)作為武器彈藥，就能夠讓地球不復(fù)存在。3000g的反物質(zhì)基本能夠炸掉大半個太陽系。

       美國費米國立加速器研究所，法國和瑞士合建的歐洲研究中心，俄羅斯高能物理研究所都在做此研究。中國的反物質(zhì)研究所始于80年代初，由世界著名的核物理學(xué)家、反物質(zhì)發(fā)現(xiàn)者趙忠堯擔(dān)任技術(shù)顧問，因此西方稱他為“中國反物質(zhì)武器之父”。

       中國宇航學(xué)會馬興瑞認為：“可以預(yù)見，未來的5年將是中國航天事業(yè)新一輪的快速發(fā)展時期，在關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)、重大航天系統(tǒng)建設(shè)等方面取得重大突破，逐步縮短與美國、俄羅斯等航天強國的差距，推動中國從世界航天大國邁向航天強國”。

       中國宇航學(xué)會作為中國航天科技學(xué)術(shù)機構(gòu)和重要國際交流窗口，如何履行好推動航天技術(shù)創(chuàng)新、支撐國際化發(fā)展、培養(yǎng)領(lǐng)軍人才的使命和責(zé)任，提升中國航天的國際知名度和國際聲譽，中國宇航學(xué)會任重道遠。