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宇宙大爆炸时,反物质经历了什么?

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-02-02  来源:来自互联网  作者:来自互联网  浏览次数:806
导读

只有在物质与其对立面--反物质同时出现的情况下,这一想法才能适用。这是因为,物质与反物质结合会产生巨大的能量。这一事实令人不解,因为就像我前面所说,宇宙中反物质的数量应该和物质数量相当。原因在于,物质与反物质…

我们能否凭空创造出某种物质?或者更精确一点,能量能否转化成物质?答案是肯定的。不过,只有在物质与其对立面--反物质同时出现的情况下,这一想法才能适用。反物质有一点神秘之处:宇宙中,反物质存在量远远少于其因有量。

图源:google

让我们从最著名的物理学公式说起:E=mc²(质能方程式)。这个公式说明:质量是集中的能量,质量和能量之间可以相互转化,就像是高汇率的两种货币。90万亿焦耳的能量等于1克的质量。但能量究竟是如何转化为物质的?秘密在于“能量密度”。如果你把巨大的能量集中到很小的空间内,就会产生新的粒子。如果我们观察得更仔细一点,就能发现,这些粒子总是成对出现,就像双胞胎一样。原因在于,每个粒子都有一个与其相对的粒子—反粒子。粒子和反粒子总是以50比50的比例等量出现。这听起来像是科幻小说。不过,对于粒子加速器来说,这不过是稀松平常的事。

图解:粒子加速器

在欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机中,两个质子相撞,每秒能产生几十亿个粒子与反粒子。比如电子,质量极小,且带负电。电子的反粒子是正电子,其质量与电子相等,但带正电。除了所带电荷相反之外,这两种粒子几乎一模一样,并且十分稳定。这一点同样适用于电子和正电子的近亲,即较重的质子和反质子。

图源:google

因此,科学家相信,无论从视觉、触觉还是嗅觉来说,反物质组成的世界与我们的世界一般无二。在这个反物质世界中,存在反水、反金,或者反弹珠。想象一下,将弹珠和反弹珠放在一起,这两个看似坚固的物体会完全消失,变成一大股能量,相当于一颗原子弹。这是因为,物质与反物质结合会产生巨大的能量。科幻小说经常借鉴用反物质来存储能量的想法,例如,《星际迷航》中用来驱动飞船的燃料就来源于此。毕竟,反物质储能是传统燃料的十亿倍。一克反物质所含能量足够汽车绕地球开上1000圈,或将航天飞机送入轨道。

图解:星际迷航飞船

那么,我们为什么不利用反物质来生产能量呢?这是由于,反物质并不会任由我们开采使用。我们必须先创造后使用,而前者所消耗的能量是后者的十亿倍。但是,如果反物质存在于外太空某处的反星球上,而某天人类能够将其开采出来呢?

几十年前,许多科学家对这一想法是否存在可能性持肯定态度。而现今,观察结果显示,在可见宇宙中,人类并未发现大量反物质。这一事实令人不解,因为就像我前面所说,宇宙中反物质的数量应该和物质数量相当。由于粒子与反粒子数量相等,那理应存在的反物质去哪里了呢?

现在,这成了一个实实在在的谜团。想要弄清楚到底发生了些什么,我们要回到宇宙伊始—大爆炸时期。在宇宙诞生的同时,一股巨大的能量转化成为质量,那时的宇宙中存在着等量的物质与反物质。仅仅一秒过后,大量物质与所有的反物质相互破坏,产生庞大的辐射。时至今日,人类仍然能观测到这些辐射。幸存下来的原始物质仅为原来的一亿分之一,而反物质则全部消失。

“等一等,”你可能会问,“为什么消失的只有反物质,而物质却留下来了呢?”原因在于,物质与反物质的存在似乎有一点不对称,因此我们十分幸运。否则,宇宙中既不会存在粒子,也不会存在人类。那么不对称的原因是什么呢?欧洲粒子物理研究所进行的实验正试图给出解释:为什么某些物质能够存在,以及为什么我们存在的宇宙中不是只有辐射。不过,到目前为止,这些问题的答案仍是未知数。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3.林陌祺- Jessica Ruby

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