 在這幅圖中，電子和它們的反物質對應物——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比反物質多得多?圖片來源：美國宇航局戈達德太空飛行中心 作者：保羅·M·薩特(Paul M. Sutter)是俄亥俄州立大學(Ohio State University)的天體物理學家，主持過《向宇航員和太空電臺提問》(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。 東旭集團斬獲卓越管理大獎 廣告  我們知道有一種物質被叫做“反物質”，你以前可能聽說過，它就像普通物質一樣，具有相同的性質和組成原子和分子的能力，但它和普通物質之間有一個關鍵的區(qū)別：它具有相反的電荷。舉個簡單的粒子，一顆電子，其質量為9.11 x10^-31千克，1/2的量子自旋，電荷是1.6 x 10^-9庫侖。 它有一個反物質的孿生兄弟，正電子，正電子的質量是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。頂夸克有一個暗面雙生子(反物質)，中微子，介子等等。構成我們日常生活的所有基本粒子都有一個反物質伙伴，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，物質和反物質不僅是這樣配對，而且它們還是對稱的，在一個反應中產生的每一個正常物質粒子都有它的反物質同胞粒子伴隨配對出現(xiàn)。 這導致我們得出了一個唯一的結論：我們的宇宙中應該充滿了反物質，這些反物質與普通物質等量存在。那就是說，整個行星、恒星和星系都可以是由反物質構成的!或者至少說，宇宙中漂浮著大量的反物質粒子。 但當物質和反物質相遇時，那就不是什么好消息了。就像在基本相互作用中粒子會成對產生一樣，它們也會成對被破壞。當一個粒子最終與它的反粒子伙伴相遇并“握手”時，他們就會像虎豹小霸王一樣：在一片輝煌中隕落。 它們所有的組成物質都會轉化為能量，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 我們沒有在宇宙中看到大量自由漂浮的反物質，因為我們沒有看到它在遇到普通物質時出現(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：跨越光年的高能粒子，物質從星系中逸出，新的物質會涌進去，恒星會相互碰撞。在我們的宇宙中，物質無時無刻都在與其他物質混合，但如果其中有相當一部分是反物質的話，宇宙應該會比現(xiàn)在更活躍才對。 那如果反物質不在宇宙的話，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，但它嚴重缺乏反物質。這聽起來勉強可以作為一個借口，但并不是一個很好的解釋?！八緛砭褪沁@樣的”這個觀點在科學界里并不是最令人信服的論點。所以，盡管你是能夠這么說，但還是讓我們轉向其他更有成效的研究調查吧。 也許宇宙早期的某些東西導致了物質和反物質之間的不平衡。 這不是一個瘋狂的想法。在宇宙的最早時期，那時候的宇宙可是相當瘋狂，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變成了宇宙的記憶了)。所以在那段時期宇宙也許發(fā)生了什么事，但也許當時的宇宙運行得很好，每個粒子都遇到了一個相等且相反的反粒子。 然后突然出現(xiàn)了一個轉變，出現(xiàn)了一個不平衡，出現(xiàn)了一個產生物質多于反物質的奇怪過程。大多數(shù)粒子對會被湮滅，但一些正常的粒子會保留下來，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奠定了框架，構成了豐富多彩的日常生活。 但有時規(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)則表明物質和反物質之間的差異本來就不應該出現(xiàn)。 但無論是什么樣的反應、什么樣的過程最終導致了普通物質的“勝利”，可以肯定的是這些過程一定很奇怪。首先，它不僅要產生過量的普通物質，還要產生過量的電荷來抵消它。否則，因為在整個過程中總電荷必須保持不變，普通物質會反物質完美地平衡。 此外，這個過程必須在一個非常明顯的界定范圍內發(fā)生，即當早期宇宙從一種狀態(tài)迅速轉換到另一種狀態(tài)的時候。只有在這個時候物理學才會允許這種違反物理規(guī)則的過程發(fā)生;否則，一個處于平衡狀態(tài)的宇宙最終只會平衡所有的相互作用。 在所有已知的物理學中，有沒有什么東西可以使反物質消失?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)我們對其有利物質能力的最佳猜測，這些相互作用的威力也遠遠低于能夠解釋我們宇宙目前狀況所需要的最低限度。 物質與反物質不對稱的起源是物理學中的一個突出問題。這個問題突破了現(xiàn)有知識的邊界，并且將我們對宇宙的理解推進到了宇宙最早期的一些時刻，可以說，這真的是一個非常重要的問題。 |
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