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

       世間萬(wàn)物有陽(yáng)就有陰，有正就有反，放入整個(gè)宇宙也適用。有看的見(jiàn)的明物質(zhì)就有看不見(jiàn)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(duì)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(rèn)為，每個(gè)粒子都擁有一個(gè)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(huì)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(wàn)事萬(wàn)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(gè)粒子中，只有1個(gè)為反粒子。

       為更好的認(rèn)識(shí)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(yùn)動(dòng)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(gè)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(duì)其進(jìn)行分析。在每輪實(shí)驗(yàn)中。

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

       接著，這些電子再躍回較低能級(jí)，反氫原子便會(huì)釋放出帶有標(biāo)志性波長(zhǎng)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(lái)研究極遠(yuǎn)處的天體。研究人員對(duì)發(fā)射出的光子進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)它們的波長(zhǎng)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(wú)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(méi)有反物質(zhì)？有沒(méi)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(wèn)題。一些物理學(xué)家認(rèn)為在宇宙誕生后的第1秒內(nèi)，物質(zhì)和反物質(zhì)都沒(méi)有被對(duì)方完全消滅，他們?cè)谟钪嬷姓紦?jù)了各自的地盤，因此推測(cè)在宇宙的某個(gè)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(guó)宇航局AMS利用實(shí)驗(yàn)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(jià)約為20億美元。該設(shè)備將裝備于國(guó)際空間站，主要用于搜索宇宙射線以及來(lái)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(gè)重約1900公斤的磁鐵來(lái)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的均勻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)比地球磁場(chǎng)要強(qiáng)3000多倍。磁場(chǎng)可以折射宇宙射線，從而探測(cè)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(hào)航天飛機(jī)失事后，美國(guó)宇航局最初決定反物質(zhì)太空磁譜儀升空計(jì)劃取消。后來(lái)，在科學(xué)家們的大力游說(shuō)下，反物質(zhì)太空磁譜儀任務(wù)得以恢復(fù)。科學(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(guó)制造磁鐵，從而大大延長(zhǎng)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(guó)際空間站的預(yù)期壽命。

       諾貝爾獎(jiǎng)得主、美國(guó)宇航局反物質(zhì)太空磁譜儀項(xiàng)目首席科學(xué)家丁肇中介紹說(shuō)，“這一項(xiàng)目已開(kāi)展了17年，共有16個(gè)國(guó)家600多名物理學(xué)家參與其中，這已成為一個(gè)重要國(guó)際合作項(xiàng)目。我們已經(jīng)反復(fù)檢測(cè)過(guò)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(wàn)倍。因此，它們能夠揭示出宇宙奧秘的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，這是地球上任何實(shí)驗(yàn)都無(wú)法取得的成果?？茖W(xué)家們希望，通過(guò)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(gè)最困惑的謎團(tuán)就是已知宇宙中的物質(zhì)與反物質(zhì)問(wèn)題。如果反物質(zhì)太空磁譜儀能夠探測(cè)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(qiáng)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(tuán)就是暗物質(zhì)問(wèn)題。對(duì)于這種看不見(jiàn)、而且至今仍未確認(rèn)事物的屬性，科學(xué)家們?nèi)匀恢跎?，他們只能通過(guò)引力效應(yīng)得知宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。對(duì)于暗物質(zhì)，一個(gè)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(shí)存在，當(dāng)它們相互碰撞時(shí)，就會(huì)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(cè)的對(duì)象。

       丁肇中表示，“在長(zhǎng)期研究宇宙射線的過(guò)程中，這將是第一次以極高的精確度去完成探測(cè)任務(wù)。因此我們進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域，但我們確實(shí)不知道將會(huì)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(jì)構(gòu)想。該設(shè)備的目標(biāo)就是在太空中研究宇宙射線，因?yàn)榈厍蛏系拇髿鈱邮茄芯抗ぷ鞯闹饕系K。丁肇中介紹說(shuō)，“在太空中，有兩種類型的粒子，一種是沒(méi)帶電荷的，也就是光線和微中子。在過(guò)去一個(gè)世紀(jì)中，我們對(duì)太空的理解主要基于太空中和地面上大量望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)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?yàn)橛匈|(zhì)量，所以它們肯定會(huì)被地球大氣層吸收。因此，必須要到太空中觀測(cè)它們?！?/span>

       研究帶電粒子上的電荷，需要一個(gè)磁鐵。根據(jù)最初設(shè)計(jì)方案，反物質(zhì)太空磁譜儀上安裝的是一個(gè)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(shuō)，“當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)模擬太空環(huán)境的熱真空容器中測(cè)試這種超導(dǎo)磁鐵時(shí)，發(fā)現(xiàn)它只能維持三年時(shí)間，否則就必須重新充液態(tài)氦。如果沒(méi)有航天飛機(jī)，根本沒(méi)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%?，F(xiàn)在，中國(guó)研制的磁譜儀完全能滿足AMS實(shí)驗(yàn)在空間運(yùn)行的要求，并能精確地檢測(cè)到反粒子。如果反物質(zhì)磁譜儀的觀測(cè)證實(shí)了遠(yuǎn)處有巨大的反物質(zhì)區(qū)存在，那么這肯定是一個(gè)里程碑式的發(fā)現(xiàn)。它的意義不僅證實(shí)了宇宙中有反物質(zhì)天體，更重要的是它對(duì)物理學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

       為什么美國(guó)國(guó)會(huì)如此“開(kāi)恩”，專門花20億為運(yùn)送AMS而特批增加航天飛機(jī)飛行次數(shù)和經(jīng)費(fèi)呢？這是因?yàn)锳MS實(shí)驗(yàn)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(gè)科學(xué)難題的最好方法。根據(jù)目前公認(rèn)的大爆炸學(xué)說(shuō)，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(guò)AMS是否采集到宇宙中的大量正電子來(lái)確定暗物質(zhì)是否由這種粒子構(gòu)成的。AMS有望解開(kāi)困擾物理學(xué)家數(shù)十年的暗物質(zhì)之謎。

       八年以來(lái)，AMS收集了超過(guò)1400億個(gè)宇宙線數(shù)據(jù)，能量高達(dá)萬(wàn)億電子伏。AMS精確測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果都不符合當(dāng)前的宇宙射線理論，帶來(lái)了對(duì)宇宙全新的認(rèn)識(shí)。

       “阿爾法磁譜儀２”最新探測(cè)的正電子流強(qiáng)結(jié)果顯示，從約８ＧｅＶ（８０億電子伏特）的能量級(jí)開(kāi)始，關(guān)于正電子流強(qiáng)的探測(cè)結(jié)果曲線與傳統(tǒng)宇宙線碰撞模型的預(yù)測(cè)曲線相比開(kāi)始上升，前者隨后在約１ＴｅＶ（１萬(wàn)億電子伏特）的更高能量級(jí)處又顯示出急劇減少的趨勢(shì)，這個(gè)現(xiàn)象很好地符合相關(guān)暗物質(zhì)模型。

       另一種對(duì)這個(gè)現(xiàn)象的解釋是相關(guān)正電子來(lái)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(guó)研究的重點(diǎn)。它是目前核武器中最強(qiáng)、最重要的一種。物質(zhì)與反物質(zhì)相撞會(huì)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(lái)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?yàn)?3架航天飛機(jī)提供動(dòng)力，用數(shù)十毫克反物質(zhì)作燃料推動(dòng)太空船，一個(gè)半月就可以抵達(dá)火星，這些都足以說(shuō)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(gè)太陽(yáng)系。

       美國(guó)費(fèi)米國(guó)立加速器研究所，法國(guó)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(guó)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(wèn)，因此西方稱他為“中國(guó)反物質(zhì)武器之父”。

       中國(guó)宇航學(xué)會(huì)馬興瑞認(rèn)為：“可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的5年將是中國(guó)航天事業(yè)新一輪的快速發(fā)展時(shí)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(guó)、俄羅斯等航天強(qiáng)國(guó)的差距，推動(dòng)中國(guó)從世界航天大國(guó)邁向航天強(qiáng)國(guó)”。

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