10 反物质
就像超人还有与其相反的一面,组成通常物质的基本粒子也有相反的一面。例如,电子带有负电荷,而它的反粒子,即正电子带正电荷。物质和反物质碰到一块儿后会碰撞湮灭,同时它们的质量会转变为纯能量。很多设想中的太空船就是靠反物质引擎推动的。
反物质是一种假想的物质形式,在粒子物理学里,反物质是反粒子概念的延伸,反物质是由反粒子构成的。物质与反物质的结合,如同粒子与反粒子结合一般,会导致二者湮灭并释放出高能光子或伽马射线。1932年,美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子的存在,随后又发现了负质子和反中子。2010年11月17日,欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。2011年5月初,中国科学技术大学与美国科学家合作发现迄今最重的反物质粒子——反氦4。2011年6月5日,欧洲核子研究中心的科研人员宣布已成功抓取反氢原子超过16分钟。
是否存在反物质?现代天文学还拿不出令人信服的证据。否定反物质的人;很多,美国宇宙学家施拉姆说:“大多数理论家直觉不存在反物质。这意味着如果你找到它,那是一个伟大的发现。但更可能的是,这意味着你找不到它。”
天体有巨大的引力,在巨大的引力作用下,会发生各类反应,并发光发热。物极必反,拉普拉斯曾经大胆预言:宇宙中最大的天体有可能是看不见的。当引力随质量增大时,天体会变成一个一无所有的区域,既不发热,也不发光,现在我们称之为黑洞。我们肉眼和天文仪器所能“看”到的只是以恒星或以星系形式存在的宇宙结构,这些物质只占宇宙总体的10%。显而易见,对可见物质的巨大引力的存在表明了暗物质或反物质的存在。
同样的,对应现存的星系结构体系,有相反的反宇宙结构体系存在吗?其实早在1898年,一位英国物理学家就提出:与物质存在一样,有一个镜像对应的反物质存在。1997年,科学家宣布发现了“银心反物质喷泉”,极大地震撼了整个物理学界,使科学家寻找反物质的热情一下子高涨起来。
1998年夏天,美国航空航天局把阿尔法磁谱仪送上了太空。它的主要目标之一是寻找宇宙射线中的反原子核。
如果相信宇宙中有等量的物质和我们这个由正物质构成的区域。由于星系际大部分地方很空旷,反原子核可自由地飞行很长距离。这样,放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。这就是“阿尔法磁谱仪”计划的基本想法。处有巨大的反物质区存在,那它肯定是一个里程碑式的成果。它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体,更重要的是它对物理学提出了严峻的挑战。在早期宇宙中,正反粒子必是混合的。按现有的物理理论,没有一种已知的作用如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质,物理学将需要突破性的变化。