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宇宙反物质之谜（第1页）

宇宙反物质之谜

我们知道，世界是由物质组成的。但是，如今科学家却提出了一个“反物质”的概念，对传统观点提出了挑战。

那么究竟什么是反物质？宇宙中真的存在反物质吗？

*什么是反物质

众所周知，实际是由物质构成的，而物质是由原子构成的，原子核位于原子的中心。原子核由质子和中子组成，带负电荷的电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷，电子与质子所携带电量相等，一正一负。质子的质量是电子质量的1840倍，在质量上它们形成了强烈的不对称性。这引起了科学家的关注，因此在20世纪初一些科学家就认为二者相差悬殊，因而应存在另外一种粒子电量相当而符号相反，如存在一个同质子质量相等但携带负电荷的粒子和另一个同电子质量相等但携带正电荷的粒子，而这就是“反物质”概念的最初观点。

1928年，根据狭义相对论和量子力学原理，英国青年物理学家狄拉克提出一个设想：在自然界中，除了存在着带负电的电子，还存在着一种正电子，它与电子一样但能量与电荷都为正，这种电子可称为电子的“反粒子”。他认为，一旦物质和反物质相遇，就会互相吸引，并发生碰撞而“湮灭”，各自的质量也消失，并能释放出大量的能量，这些能量的出现是以伽玛射线的形式，所以在我们周围的物质世界中，没有天然的反物质存在。

狄拉克的这一设想在科学界产生了很大的震动，科学家们认为这种设想极有道理，因而他们极力寻找和制造反物质。

*对反物质的不断探索

1932年，美国物理学家安德森研究了一种来自遥远太空的宇宙射线。在研究过程中，他意外地发现了一种质量和电量都与电子完全相同的粒子，不过在磁场中弯曲时，其方向与电子相反，也就是说它是正电子。这一发现论证了狄拉克的设想，并极大地激发了人们的研究热情。

1955年，利用高能质子同步加速器，美国的钱伯林和西格雷两位科学家发现了反质子。1957年，西格雷等人又观察到了反中子。

1978年8月，欧洲的一些物理学家成功地将300个反质子分离了85小时，并成功地储存了这些反质子。1979年，美国科学家也进行了一个实验，把一个有60层楼高的巨大氦气球放到高空，在离地面35千米的高度上，气球飞行了8个小时，捕获了28个反质子。

关于反质子的发现层出不穷，这些发现不断激发着人们的热情。反中子和中子一样，都不带电，但它们在磁性上存在差别。中子具有磁性且不断旋转，反中子也不断旋转，但有着与中子相反的旋转方向。按照这个线索，物理学家们继续寻找，结果发现了一大群新奇的粒子。到目前为止，已经有300多种基本粒子被发现，这些基本粒子都是正反成对存在的。换句话说，任何粒子都可能存在着反粒子。

这样在理论上，用人工的方法把反质子、反中子和正电子组成反物质原子这一设想就是成立的。

1996年1月，欧洲核研究中心宣告，利用该中心的设备，德国物理学家奥勒特等成功合成了第一类人工制造的反原子，即11个反氢原子。由于这一科研成果意义重大，欧洲核研究中心专门开会庆祝反原子的人工合成。物理学家们预言，对技术进行进一步的改进后，大量生产反物质原子的设想将成为可能。

*反物质究竟有没有

对于在自然界中究竟存不存在反物质的问题，大家观点各异。从前的理论认为，在宇宙中，正物质和反物质是对称的、同样多的。虽然在地球上反物质只能出现在实验室里，且时间短暂，但在茫茫宇宙中的某些部分却有可能存在一些由反物质构成的星系。而相反，那些星体上却很少存在正物质。除了在电磁性质上相反，物质与反物质的其它方面均相同，那么在宇宙总磁场影响下，它们会各自向宇宙相反方向集中，分别形成星系与反星系。

根据这种观点，我们的宇宙应该分为两部分——正物质和反物质。不过，至今我们也没有获得直接证据来证明关于反星系的分布，因为由反物质组成的星系与正物质组成的星系发出的光谱完全相同，我们今天的天文观测手段根本无法对其做出区分。

虽然理论上认为宇宙中应该还有这么一个反物质世界存在，但事实并不这么简单，因为地球上是不存在自然的反粒子和反物质的。科学家们研究发现，核反应中产生的反粒子被大量正常粒子包围，所以产生出来没多久，就与相应的正常粒子结合，反粒子在两者结合后就消失了，转化成了高能量的光子辐射。可人们至今也没发现这种光子辐射。

在我们的地球上，因为普通物质无处不在，更是很难找到反物质，它一旦遇到物质就会湮灭。事实上，反物质在地球以外的宇宙中仍能以自然形态存在，但因为它发出的光与物质发出的光一样，所以单从恒星发出的光来看，我们无法判断它是物质还是反物质。因此科学家推断，由反物质构成的恒星很可能存在于宇宙中，或在距其他星球足够远的孤立空间中，甚至在银河系中。自然界的对称性决定了其中一定同时存在着由物质组成的星体和由反物质组成的星体。当然，物质和反物质不可能同处在一个星体中，因为二者碰到一起就要湮灭。

因此，宇宙中到底有没有反物质，还有待于科学技术的进一步发展去证实。尽管至今我们仍不能确定宇宙中是否有反物质，但也不能过早予以否定。因为人类已观测到的最遥远的天体距离我们100多亿光年，但这并不是宇宙的边缘，也许在更遥远的太空中我们会发现反物质，也可能确实有反物质存在于我们已经观测到的宇宙中，只是由于某种原因使我们无法看到这些反物质罢了。

相关链接——黑洞与反物质通道

根据广义相对论引力场方程推出：宇宙中的黑洞是连接两个分离时空区的隧道，如果反物质世界处于另一时空，那么黑洞就可能是反物质世界的通道。但是，对于黑洞内部我们目前仍然一无所知，确切地说，黑洞内部就是一个反物质世界。

有人把反物质世界和物质世界关系用一张纸条来加以证明。取一张小纸条，把两头完好地粘连起来，试想，如果有一只蚂蚁在外表爬行，它怎样才能进入另一面呢？有两个办法：一是爬过纸带边缘；一是在纸带上打个洞。可是如果我们把纸带的一头旋转180°再粘连上，纸带的两面就变成了一面，只要在纸带上爬行，蚂蚁就可以在纸带内外随意地出入。同样的道理，如果宇宙是一个整体，我们只要进入黑洞，就可以进入反物质世界。可是至今，我们还从未听人说起曾到黑洞旅游过。