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第1247章 渊天宫(84)(1 / 1)

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按照大爆炸理论,甚早期宇宙介质的温度非常高。粒子间的热碰撞会成对地产生任何基本粒子。当粒子的成对湮灭与成对产生达到统计平衡,宇宙介质就是一切基本粒子构成的混合气体,且任一种稳定或不稳定的粒子都有接近相等的数密度。至于重子和反重子的数目是否严格相等,这不是由物理规律决定,而是由初条件决定的。

在理论家看来,在最初的宇宙中正反粒子应当等量才自然。但是易于看出,若这想法是对的,重子的守恒性立即会给出与事实明显不符的推论。当宇宙的膨胀使气体温度降至10^13K以下,由于粒子的热动能已不够,热碰撞成对产生重子已不可能。于是湮灭过程将使正反重子的数目同时迅速下降。最终,宇宙中将既没有重子,也没有反重子。这显然不是真实宇宙的情景。事实上,今天宇宙中光子的数目最多。重子的数目是它的十万万分之一左右,反重子的数目很可能还要低许多量级。如果重子数B的守恒性是严格的物理规律,要宇宙从正反重子等量的状态演化成今天这样的状态是不可能的。然后,理论家又不能相信在原始的宇宙中重子就会多于反重子。

重子数的守恒性肯定是严格成立的物理规律吗?至今难以计数的粒子实验确实没有发现过一个破坏重子数守恒的事例,但是这并不说明它一定是严格的规律。回顾一下化学的发展可作借鉴。化学反应是元素的重新组合。经验表明,在重组合的前后,每一种元素的原子数是守恒的,无数的化学实践表明没有例外。想把汞变金的炼金术的失败,更从反面提供了证明。但是有了核反应的知识后人们已清楚知道,汞变成金完全可能,关键在于要有高的能量让原子核发生变化。化学反应是在粒子能量小于1MeV的条件下进行的,这条件下原子核不能相互接触,核反应就不能发生。若过程中粒子的能量超过1MeV,原子核之间就能充分接近,那么原子核就能变化了,原子数的守恒性也就随之破坏了。由此看来,原子数在化学过程中的守恒不是偶然的,但是它仅是低能下的唯象规律,而不是普遍成立的自然规律。借鉴同样的道理,重子数的守恒性也可能仅是一定能量范围的唯象规律,而不是普遍成立的。当粒子的能量更高,重子数的守恒性完全可能会不成立,这正是今天的理论家看到的出路。

从70年代中期起,粒子物理中由弱电统一理论的成功,掀起了研究相互作用大统一的潮流。按这样的理论,高能下发生破坏重子数守恒的过程是自然的事,粒子物理中的这一潮流与宇宙学解决正反物质不对称疑难的需要不谋而合了。于是这疑难问题作为粒子物理和宇宙学的交叉领域而得到了很多进展。人们已清楚,要从正反物质等量的早期宇宙演化出今天正物质为主的状态,除了重子数守恒须可能被破坏外,正反粒子的相互作用性质还必须有适量的差别。由于超高能下的粒子物理规律至今还没有被掌握,因此实际上自然界是否确实具备这两个要素,尚不能回答,人们正在试探和摸索之中,如果今天的宇宙中只有正物质天体是事实,问题是否能按这思路得到解决也还并不完全肯定。

总之,为彻底揭开宇宙反物质之谜,前面还有漫长路要走。人们已能预料,这问题的解决不仅对认识宇宙是重要的,它对物理学的影响也将是很深刻的。

自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源,它们都是由质子、中子和电子所构成的。这些粒子因而被称为基本粒子,意指它们是构造世上万物的基本砖块,事实上基本粒子世界并没有这么简单。在30年代初,就有人发现了带正电的电子[电子(Ele)是一种带有负电的亚原子粒子],这是人们认识反物质的第一步。到了50年代,随着反质子和反中子的发现,人们开始明确地意识到,任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。

反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时,双方就会相互湮灭抵消,发生爆炸并产生巨大能量。能量释放率要远高于氢弹爆炸。在丹·布朗的小说《天使与魔鬼》里,恐怖分子企图从欧洲核子中心盗取0.25克反物质,进而欲炸毁整座梵蒂冈城(最后于高空爆炸)。

但至于网上流传的五千万分之一克摧毁大型设施,以及几克反物质摧毁地球纯属谣言,只是网络新闻为了增加关注度而编造出来的假消息。五千万分之一克反物质与正物质湮灭在物理学中能够释放3.6×106焦耳的能量,但不可能摧毁大型设施。而1克反物质(按1克反物质与1克正物质湮灭计算)湮灭释放出1.8×1014焦耳的能量,不可能毁灭地球。其遵守爱因斯坦的质能关系式E=c2。其中E为湮灭产生能量,为参与的正物质和反物质湮灭前总静止质量,c为光速≈3x108米/秒。

反物质概念是英国物理学家保罗·狄拉克最早提出的。他在1928年预言,每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子,例如反电子,其质量与电子完全相同,而携带的电荷正好相反(A)。且反电子的自旋量子数是-1/2而不是正1/2。

欧洲航天局的伽马射线天文观测台,证实了宇宙间反物质的存在。他们对宇宙中央的一个区域进行了认真的观测分析。发现这个区域聚集着大量的反物质。此外,伽马射线天文观测台还证明,这些反物质来源很多,它不是聚集在某个确定的点周围,而是广布于宇宙空间。