宇宙中的反物质都去哪儿了?
反物质示意图
大爆炸之后的138亿年，宇宙仍然充满各种天体，所有这些天体都是由物质组成的。既然物质都还在，那么反物质都去哪里了?
在近日美国芝加哥举办的第38届高能物理国际会议上，日本科学家对于为什么现在的宇宙间充满了正物质而非反物质，给出了一个解释：中微子这种亚原子粒子在物质形态和反物质形态的表现不同。不过，他们也表示，还需要收集更多数据才能对此解释进行确认。
为什么宇宙中有物质?这是物理学中最大的谜团之一。恒星、行星、星系和星系团都是由物质构成的，植物和动物也是由物质构成的。本来这是极为自然的事情，但是另一种奇怪的东西出现后，我们就陷入了理解的困境，这种东西就是反物质。
根据我们对宇宙起源和反物质的了解，物质和反物质都应该是不存在的。因为，反物质具有一个非常重要的特点：当它和物质结合时，会相互湮灭抵消，并产生巨大能量(光子)。另一方面，物理定律表明，宇宙大爆炸产生的巨大能量应该创造了等量的物质和反物质。而问题就出现在这里——按理说，等量的物质和反物质相遇，就会“同归于尽”。可是大爆炸之后的138亿年，宇宙仍然充满各种天体，所有这些天体都是由物质组成的。既然物质都还在，那么反物质都去哪里了?
反物质是如何被发现的?
我们先从反物质的物理渊源说起。故事开始于1928年左右。当时，物理学正处于重大改变期。爱因斯坦提出了相对论，阐述了引力的本质，以及当物体以接近光速运动时会发生什么情况。而另一群物理学家正在发展量子力学，来描述粒子的行为。与此同时，英国物理学家保罗·狄拉克试图将这两者联系起来。
狄拉克提出了一个描述电子运动的数学方程式，即狄拉克方程。这是一个既具有量子力学特征，又满足狭义相对论要求的方程。在方程中，和电子共同存在的还有另一种粒子。它并不是传统带负电荷的电子，而是奇怪的带着正电荷的电子——也就是电子的反粒子。
1931年，狄拉克预言了电子的反粒子即“反电子”的存在，他还进一步提出质子及其他粒子也应该有相应的反粒子。如果所有粒子都有反粒子，那么就有可能存在完全由反粒子组成的物质，这种物质就是反物质。这是人类第一次意识到可能存在反物质。
其实早在狄拉克提出反粒子概念之前，反粒子就已经在实验室里留下了踪迹，但被实验物理学家忽略了。那时实验室内探测带电粒子径迹的主要工具是“云室”，云室中高能粒子经过的路径上会出现一条白色的雾，也就是粒子运动的径迹。
在云室内施加磁场后，带电粒子会发生偏转，产生弯曲的径迹。一些科学家注意到，磁场中有一半电子向一个方向偏转，另一半向相反方向偏转。然而长期以来，人们一直认为电子只有一种，因此他们未曾想到那些反常的径迹是反粒子造成的。
在狄拉克预言“反电子”之后，美国物理学家卡尔·安德森怀疑云室中另一半的电子就是“反电子”，于是他开始做实验来证明。1932年8月，他收集到了足够的数据，正式确认“反电子”的存在，并将它们命名为“正电子”。
至此之后，反物质成为了物理学以及科幻小说的一部分。
如何找到宇宙中的反物质?
根据狄拉克方程，反物质会和普通物质遵守一样的自然规律。在这种情况下，宇宙中的物质与反物质的含量必须相等，所以有可能存在“反物质星球”和“反物质星系”，但是我们如何找到宇宙中的反物质呢?
为了寻找反物质，天文学家将目标放在每时每刻轰击地球大气层的宇宙射线上。果不其然，1936年，科学家在宇宙射线中看到了正电子的身影。
2008年，科学家在银河系中发现了一朵庞大但稀薄的反物质云。它围绕在银河系中心附近，并发出伽马射线。欧洲空间局的射线卫星观测表明，这朵云并不在银河系的正中间，似乎是尾随着某颗散发X射线的恒星。这里的反物质可能不是宇宙诞生时遗留下来的，它们更有可能起源于恒星。这颗恒星周围有一个黑洞，当恒星周围的气体脱离恒星，就会被黑洞“吃掉”，这个高能的过程将产生反物质。
不过，能释放反物质的不只有恒星。平均而言，每一小时左右，香蕉会吐出一个正电子。这是因为香蕉中含有天然放射性同位素钾-40。当它衰变时偶尔会释放出一个正电子，而当正电子遇上第一个电子时，也会湮灭释放能量，不过所释放的能量是微不足道的。而事实上，我们的身体里也有钾-40，也会发生这一过程。但它们不能完全代表原始反物质，我们需要寻找的是更重的原始反物质粒子，比如反氦核。
可是自然界中没有足够的力量来产生一个反氦核，只有宇宙大爆炸才能做到。所以，如果我们发现像反氦核这样的粒子，那么接下来可能会找到更多的原始反物质，甚至是拥有很多反物质的宇宙区域。如果检测到反碳核，那么意义就更加重大了。碳只能在恒星的“核熔炉”里形成，反碳核的现身，意味着太空中的某处存在“反物质星球”，这将是天文学一次伟大的突破。
反物质和物质是对称存在的吗?
2011年，阿尔法磁谱仪探测器被送到国际空间站，它是专门用来测量宇宙射线中反物质的数量和类型的。至2013年，阿尔法磁谱仪已经看到过40万个正电子，但没有发现其他种类的反物质。到目前为止，仍没有证据表明原始反物质潜伏在太空某处。
所以只剩下一种可能：反物质和物质虽然是对称的，但“性格”却不一样。
几十年来，粒子物理实验已经多次看到粒子与反粒子有不同的行为反应。这要从所谓的“弱核力”说起，弱核力是自然界的四大基本力之一，亚原子放射性衰变就是由它引起的。弱核力，加上引力、电磁力，它们共同控制着规模巨大的宇宙。剩下的一种是强核力。强核力的作用范围很小，大约只有原子核般的大小。
1964年物理学家在研究K介子衰变时，发现K介子能自然衰变成反K介子，反K介子也可以衰变为K介子，但是这两个过程发生的频率却不一样。因此，一些科学家推测，宇宙在弱核力的作用下，也可能发生类似的情况——由于宇宙大爆炸时存在某些过程，更有利于物质的产生，或者说物质的产生频率更快。导致反物质的量不足，物质的量过剩，而剩余的物质组成了今天的宇宙。科学家给出的估计是每形成10亿个反物质，可能就会产生十亿零一个物质。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机中进行的实验加强了这个猜测，在面对弱核力时，物质和反物质确实有不一样的反应。
科学家参考了对撞机的数据，估测宇宙早期可以产生多少反物质，可惜答案并不是科学家们所期望看到的。之前给出的估计是每形成10亿个反物质的同时就产生十亿零一个物质，这意味着宇宙刚诞生时差不多有一半仍旧是反物质。然而，根据实验结果，宇宙刚诞生时的反物质质量只相当于一个普通的星系。显然，这和科学家估计的情况有非常大的差异，说明反物质的研究任务还很艰巨。
宇宙到底有没有另一半?有的话，它会在哪里?反物质和物质为什么会有不同的行为?宇宙诞生之初究竟发生了什么?这些问题仍尚待解决。可见浩瀚宇宙对于人类来说，依旧深不可测。
相关推荐
-
今年芦笋价格行情，芦笋今天的批发价格
欧洲市场芦笋罐头短缺，4块钱一斤.客商寥寥无几每年进入4月份是，明年还会有好多笋农毁田。我是农村直接出售，而上涨？现在具体价格.要说明白。2007年好多地方的芦笋地，山西的绿芦笋田间收购价是每公斤3元，由于气候原因产量也不高改种别的了。今年的价钱。谢谢。芦笋户，芦笋价格，引进美国F1代紫芦笋新品种20余个，超市的价格在15-30元一芦笋公斤。不知道你们那里的...
-
为什么乔丹有两个标志，有什么区别？
为什么乔丹有两个标志，有什么区别？，迈克尔·乔丹,乔丹效应,乔丹,得分后卫,篮球，近期终于迎来了维权的胜利曙光。中国最高人民法院最终裁定，中国乔丹的图形和乔丹商标被撤。个人认为胜诉第一步，美国乔丹接下来将对中国乔丹开出巨赔偿金。这让中国乔丹感到恐慌。第一，两个标志属于两个不同的公司AIR JORDAN是迈克尔乔丹自己创立的的AIR JOR...
-
从前的反义词介绍(从前反义词是什么)
1、今后时间词。从今以后：今后更要加倍努力。引证解释：周而复 《上海的早晨》第一部二：“我们厂长今后吃不开了，要靠你们工人了。”2、往后以后：往后的日子还长着呢!引证解释：杨朔 《蓬莱仙境》：“再往后，我离开家乡……不知道 婀娜 姐姐的命运究竟怎样了。”3、来日时间词。未来的日子；将来：来日方长。以待来日。引证解释：曹禺等《胆剑篇》第一幕：“我怕今天 吴...
-
害羞的解释(害羞的反义词)
1、害羞的反义词是：大方 、热情、豪爽、豪迈、豪放等。2、害羞是一个词语，也可称为害臊。拼音是hàixiū，指的是感到不好意思，难为情。也可指因胆怯、怕生或做错了事怕人嗤笑而心中不安。3、近义词：害臊,含羞,畏羞。...
-
为何名记徐济成会说易建联的年龄并不是秘
为何名记徐济成会说易建联的年龄并不是秘密？阿联年龄作假了吗？，易建联,徐济成,中国篮球,体育八卦,cba,篮球，当年参加NBA选秀，正是因为被美国媒体爆出年龄造假，易建联的选秀顺位才下滑到首轮第9顺位，也是从那时候开始，易建联到底是哪一年出生的，一直是众说纷纭。而此前，著名篮球记者徐济成在电视节目采访中谈到易建联年龄的事情也引发了球迷的热...
-
王治郅爱将时隔一年处于复出，今天单场砍下
王治郅爱将时隔一年处于复出，今天单场砍下12+5，并成为首发，怎么看刘航初的状态？，王治郅,刘航初,篮球，复出首战，刘航初踏出关键第一步，信心满满在昨天结束的一场军运会男篮比赛中，八一男篮98-79大胜美国队，取得了两连胜，此役八一男篮获胜的关键在于内心王哲林的发挥，全场轰下最高的27分+10篮板，王哲林在内线的无人可挡让八一队占据优势，...
-
从前的反义词有哪些(从前的反义词是什么)
1、今后。时间词。从今以后：今后更要加倍努力。引证解释：周而复 《上海的早晨》第一部二：“我们厂长今后吃不开了，要靠你们工人了。”2、往后。以后：往后的日子还长着呢!引证解释：杨朔 《蓬莱仙境》：“再往后，我离开家乡……不知道 婀娜 姐姐的命运究竟怎样了。”3、来日。时间词。未来的日子；将来：来日方长。以待来日。引证解释：曹禺等《胆剑篇》第一幕：“我怕今...
-
什么是互联网，什么是数码，什么是互联网数码
什么是互联网，什么是数码，什么是互联网数码？，数码，互联网又称国际网络，指的是网络与网络之间所串连成的庞大网络，这些网络以一组通用的协议相连，形成逻辑上的单一巨大国际网络。 互联网始于1969年美国的阿帕网。通常internet泛指互联网，而Internet则特指因特网。这种将计算机网络互相联接在一起的方法可称作“网络互联”，在这基础上...
-
电子科技大学（UESTC）怎么样？
电子科技大学（UESTC）怎么样？，录取线,电子,大学,科技,理科录取线,理科,电子科技大学，最近几年在我国高校中的地位在迅速提升。这一点从电子科技大学的录取分数就能看出来了。电子科技大学在2019年登上了美国的“黑名单”，在充分显示学校给美国人带来的恐惧的同时，也进一步提升了学校的知名度。感谢美国人免费给做的宣传。我们先以吉林省高考理科...
-
宇宙中究竟有多少星星？
宇宙中究竟有多少星星？，天文,银河系， 很可能人们早已向自己提出这样的问题：天空中究竟有多少颗星星？在黑暗无云的夜空可以用肉眼看到几千颗单个的恒星，如果使用不是很高倍数的业余望远镜，则可以数出几百万颗恒星。显然，利用高品质“专业”望远镜，则可以看到更多数目的恒星。 1989年，欧洲航天局曾将一个名为Hipparcos的太空望远镜送入近地轨...
-
物质是可以无止境地细分下去的吗？
物质是可以无止境地细分下去的吗？，数学，答：物质是不能无限细分的。“一尺之棰，日取其半，万世不竭“，这是古代庄子的思想，在数学中成立，但是在实际当中行不通，因为根据现有物理理论来看，物质存在最小单位。生活中见到的大部分物体，都由原子组成，原子又由原子核与核外电子组成，原子核本身还可以细分为质子和中子，现代物理学中能接触到的基本粒子，有夸克...
-
世界第一大经济体是哪一国家？
世界第一大经济体是哪一国家？，石油美元,第一世界,经济学,石油,经济体，世界第一大经济体当然是美国啦，以下由我来介绍一下美国的相关数据。1.美国的国土面积是963万平方公里，这还不包括关岛、中途岛、波多黎克、美国的海外领地。美国拥有丰富的自然资源，美国有3.2亿人口，拥有充足的劳动力。美国2016年的GDP是18万亿美元，是世界上第一大经...
-
汉武帝是谁？如何介绍汉武帝功业？
汉武帝是谁？如何介绍汉武帝功业？，汉武帝,汉朝,政治文化,西汉,经济学,西域，“一代雄主”汉武帝，从名气上讲，在国外，颇像罗马帝国的“恺撒”、法国的“拿破仑”、俄国的“彼得大帝”、美国的“华盛顿”，是妇孺皆知的人物；在正史的记录中，他与“秦始皇”、“唐太宗”、“宋太祖”和“明太祖”等皇帝并列，是我国历史上著名的皇帝。汉武帝以其雄才伟略成为...
-
对克鲁格曼的一些疑惑！
对克鲁格曼的一些疑惑！，经济学,经济,环保，（克鲁格曼于5月11日和12日到访中国。马不停蹄地造访了北京、上海和广州等地,与中国顶级经济学领袖探讨金融危机下的全球经济和解决之道。以下是我对克鲁格曼北京大学演讲稿和上海主题为“全球经济复苏与中国机遇”的演讲稿读后的一些看法）克鲁格曼与斯蒂格利茨是当代美国最有名的经济学家之一，并且先后获得诺贝...