理论教育 历史验证与预言:宇宙中的反物质存在

历史验证与预言:宇宙中的反物质存在

时间:2023-11-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:狄拉克的预言被证实以后,他于1933年得到了诺贝尔物理学奖,领奖时,又预言可能存在反质子。这说明宇宙间的的确确存在着反物质。如今又出现了一种新说法,说是天外飞来了一块由反物质组成的陨石,在通古斯河上空,反物质与物质遭遇湮灭,放出巨大能量造成了大爆炸。造成大爆炸的反物质不超过30克,湮灭过程仅有1/2000秒。

历史验证与预言:宇宙中的反物质存在

一枚硬币有正面和反面,一面是国徽,另一面是1角、5角等字样。人照镜子,“自己”是“正人”,镜中的像是“反人”,左手在镜中成了右手。

由此推论,如果水是正水,有没有反水呢?氢气是正氢,那么有没有反氢呢?照此类推,似乎有点荒唐,至少是不可思议。

水和氢都是物质,再问一句,既然有物质,有没有反物质呢?

答案出人意料,十分肯定地说,有反物质!

反物质,一时想不明白,一句话也说不清,还是从头说起吧。现代物理的研究,对物质的结构已相当深入,知道了物质是由原子组成的,原子也有自己的结构,外层是电子,内核有质子和中子。

电子的性质也是清楚的,测出了电子的质量,知道它带有负电荷。大家也知道,电子只此一种,没有别的什么电子。到了1930年,英国物理学家狄拉克出来说,电子有两种,两种电子的质量都相同,只是带有的电荷不同,除了带负电荷的,还有带正电荷的。这两种电子,恰好一正一反,大家熟悉的电子带负电荷,是正电子,带正电的正电子反而叫反电子。

狄拉克的话听起来别扭。可是,他说,我有理论根据,并且列出了方程。在尚未发现反电子以前,大家半信半疑。

没料想,两年以后,美国物理学家安得森果然发现了正电子。安得森专门研究从外层空间射来的宇宙线,研究的方法很巧妙,能使微小的粒子在云雾室留下径迹。仔细地观察这些径迹,弯曲的方向都与电子相同,猛然间,却发现有些微小粒子的径迹与电子相反。一种径迹弯向左方,另一种弯向右方,一正一反。

安得森认为,这正是狄拉克两年前预言的正电子,也就是反电子。狄拉克的预言被证实以后,他于1933年得到了诺贝尔物理学奖,领奖时,又预言可能存在反质子。

这一预言,过了12年终于得到证实,反质子被发现了。质子和反质子的质量和电量完全相同,只是质子带正电,反质子带负电。

不久以后,人们发现了反中子,中子不带电,怎么区分正反呢?中子有一个性质,会自旋,就像地球自转一样。中子和反中子自旋的时候方向各不相同,一个左旋,一个右旋。后来人们还发现一些各种各样的反粒子。

反粒子发现得多了,人们很自然会设想,物质是由电子、质子和中子组成,那么,把反电子、反质子和反中子配成套就应该能组成反物质了。物理学家设计好方案,然后进行了实验,终于得到了结构比较简单的反氘。氘是氢的同位素。后来,又得到了反氦的同位素反氦核,反氘和反氦核都不能长期存在。这说明宇宙间的的确确存在着反物质。反物质的设想并不荒唐,只是不可思议。

人的疑问总是没有尽头,关于反物质,至少有两个疑问要追问下去。(www.daowen.com)

首先要问,到哪里去寻觅反物质?其次要问,反物质能不能长期存在?

这两个问题相互有关联。在我们周围的世界里,反物质只要一露头,立刻就会与正物质相结合,并且迅速地湮灭。于是,人们只好把眼光从地球移向宇宙,狄拉克就说过,在地球上,太阳系中,正物质占优势,但对某些星球来说,可能有一半是由反物质构成的。

狄拉克的这个预言过于大胆了,猜想多于分析和推理。不过,仍然有人认为,宇宙是如此广阔,在太阳系以外,银河系以外,没准就存在着完全由反物质组成的星系。在这些星系里,正物质反倒是非常罕见的了。

有人说存在着反物质组成的星系,也有人反对,各说各的理。科学的讨论,必须以事实为依据,只有通过观测,找到了证据,才能判定正方或反方的结论是否正确。但是,今天的观测手段还无法把物质和反物质区分开来,从远方的太空射来的星光,不论正反物质,光谱完全相同。这样宇宙深处是不是存在反物质星系,就成了一个谜。

回头再来看看地球上的反粒子,也仅出现在实验室中。实验室以外,难寻踪迹。主要是反粒子太不稳定,前面说过,反粒子一遇到正粒子,一瞬间即相互湮灭。现在要补充一点,湮灭不是简单地消失,而是转化为光子,放出巨大的能量来。1克反物质和物质相撞湮灭的时候,放出的能量相当世界上几个最大水电站发电量的总和。

这么巨大的能量,又为通古斯大爆炸提供了一种新的解释。1908年6月30日,中西伯利亚的通古斯发生了一次空中大爆炸,将2000平方千米的松林夷为平地,强烈的爆炸力推倒了400千米以外的墙壁……

据推测,爆炸的当量相当于1000万~1500万吨TNT炸药,爆炸的能量大得惊人!

这个能量从哪儿来?提出的解释有20多种,有说天外来客的,有说是外星宇宙飞船失事的,有说彗星碰上了地球的……如今又出现了一种新说法,说是天外飞来了一块由反物质组成的陨石,在通古斯河上空,反物质与物质遭遇湮灭,放出巨大能量造成了大爆炸。造成大爆炸的反物质不超过30克,湮灭过程仅有1/2000秒。

反物质仍然有些神秘,有人已经在设想利用反物质,计算出只需要10毫克反物质,就能把宇宙飞船送上天。

但是,要利用反物质,就必须首先找到反物质。在地球上,人们尚未找到可利用的反物质,即使找到了,也不知道怎么去利用它。

不过,1997年曾有报道说,在地球之外,十分遥远的银河系中心(距地球2.5万光年)存在着一个反物质源,它喷射出一个“反物质喷泉”,高达2940光年。把反物质源描绘成喷泉的科学家多少有点浪漫。而另一些科学家则认为,由于物质和反物质湮灭产生了大量热气云,那是一个“毁灭源”。

总之,那里存在着剧烈的活动,反物质的大量存在将改变人们对银河系的认识,打开又一个未知世界的大门。

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