理论教育 物质世界的起源:为何物质多于反物质?

物质世界的起源:为何物质多于反物质?

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们今天对于宇宙的认识有一个非常明显的问题,就是为什么“物质”远多于“反物质”。有人认为,宇宙可能会分为许多个不同的区域,有些区域主要被物质占据,而其他的区域则主要由反物质占据。另外一些理论认为,在宇宙诞生的初期,物质和反物质是以几乎相等的量存在的。所以对于为何我们的宇宙主要由物质而非反物质组成,仍然是宇宙学研究中一个重要的未解之谜。

物质世界的起源:为何物质多于反物质?

我们今天对于宇宙的认识有一个非常明显的问题,就是为什么“物质”远多于“反物质”。从目前的粒子物理学的标准模型来看,宇宙在大爆炸后应该产生等量的物质和反物质粒子。我们知道物质是由原子组成的,而原子核又是由质子和中子组成的。质子和中子都属于重子。根据目前的宇宙诞生理论,宇宙最初生成的重子和其反粒子(反重子)应该是数量一样多的。因此,在今天的宇宙里,应该有同样多的物质和反物质。

然而,事实却显然不是这个样子的。我们知道,当一个粒子遇到一个反粒子的时候,它们会互相湮灭,产生光子。如果我们的世界有很多原子都是由反粒子来组成的话,那我们应该经常看到我们世界的物质被湮灭而变成辐射能量。但这种情形并没有发生。如果这种情形发生的话,我们身体里的分子就会经常突然地消失,而且世界也会不断地产生强大的辐射能,生命就难以存在了。

那怎样来解释这种物质与反物质的非对称性呢?有很多科学家提出了各种可能的理论。有人认为,宇宙可能会分为许多个不同的区域,有些区域主要被物质占据,而其他的区域则主要由反物质占据。这些区域之间距离很远,因此这些不同区域的粒子和反粒子不会相遇而互相湮灭。我们刚好是生存在一个由物质组成的区域内。不过这种理论到目前为止还没有找到实验的证据。(www.daowen.com)

另外一些理论认为,在宇宙诞生的初期,物质和反物质是以几乎相等的量存在的。不过由于一些还不确定的原因,导致重子的生成过程中会出现一些非常微小的不平衡。后来由于粒子和反粒子不断地产生和湮灭,许多原来的粒子—反粒子已经消失了。今天填满宇宙的物质主要来自少量遗留下来的粒子(有人估计约为一百亿分之一)。因此到了后来,这些重子与反重子的差别就变得很大了。

对于重子与反重子的非对称性,目前在粒子物理学里是一个重要的研究课题。有好几个国家的研究小组提出了几种相互竞争的假设来解释这个现象。但直到今天为止,仍没有达成一种共识。所以对于为何我们的宇宙主要由物质而非反物质组成,仍然是宇宙学研究中一个重要的未解之谜。

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