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为什么反物质少,为什么反物质如此的少

来源:整理 时间:2022-06-01 17:17:36 编辑:科技知识 手机版

宇宙中是否存在大型反物质或反物质行星?可见反物质粒子在我们地球上无处不在。那么宇宙中有大型反物质或反物质行星吗?宇宙中当然有反物质。这个问题应该是为什么我们的宇宙几乎充满了物质,而反物质却非常稀少。为什么正物质比反物质多的问题出现,是因为我们给反物质起了不恰当的名字,误导了我们的认识。

为什么反物质如此的少,而不是与物质同样多的数量?

这个是粒子天体物理中著名的正反物质不对称问题。前苏联物理学家即苏联氢弹之父萨哈洛夫提出了宇宙中正反物质不对称需要满足三个条件,其一是重子数不守恒,其二是荷-宇称联合反演不守恒,其三是宇宙有个热平衡过程,按照粒子物理标准模型,正反物质的区别是“荷”相反,电磁相互作用和强相互作用都是荷守恒的,它们不会产生正反物质不对称。

只有弱相互作用是荷不守恒的,因为弱相互作用的宇称P不守恒,时间反演T也不守恒,但是粒子物理标准模型严格遵守CPT联合反演守恒,所以荷反演c不守恒,因此这个效应只能来自弱相互作用。弱相互作用完全满足萨哈洛夫提出的条件,所以是宇宙中正反物质不对称的唯一来源,但是这个问题并没有完全结束,因为更深一层要回答为什么弱相互作用宇称不守恒,同时荷-宇称联合反演不守的问题。

宇宙里有反物质吗?为什么没有和物质起反应?

宇宙中当然有反物质,这个问题应该是为什么我们这个宇宙中几乎都是物质,而反物质却十分罕见?一些物理学家认为,在宇宙最早期的时候,大约在基本粒子形成的时候,宇宙的成分不只是构成我们周围一切的常规物质,还有几乎等量的反物质,最初的宇宙就是由物质与反物质共同构成的,每一个粒子几乎都有一个反粒子,那么为何现在这个宇宙看上去全是由物质构成的,几乎见不到什么反物质。

这些反物质都是什么,又都去了哪里呢?关于“反物质”,其本质和“物质”是一样的,不同之处是组成这些反物质的基本粒子所携带的电荷与物质是相反的,在微观层面,反物质与物质有着相同的质量,但是相反的电荷,而物质与反物质“相遇”就会发生湮灭,转化为纯能量,并伴以高能的γ射线。正反物质湮灭恐怕是能量转换率最高的形式了,

最早提出有关“反物质”概念的是物理学家狄拉克,早在1931年,狄拉克就预言了电子的反粒子,即“反电子”的存在,并且进一步提出质子以及其他粒子也应该有相应的反粒子。如果狄拉克的假说成立,所有粒子都有其反粒子,那么就很有可能存在完全由反粒子组成的物质,这种物质就被称为是反物质,根据狄拉克方程,反物质和普通物质都遵守一样的自然规律。

自此,物理学家开始了寻找反物质的道路,最开始,人类将方向放到那些每时每刻都在轰击地球大气层的宇宙射线上,没有等多长时间,在1936年,科学家就在宇宙射线中发现了正电子的身影。不过,通过宇宙射线来研究反物质粒子费时费力,在有了大型粒子对撞机后这个强大的工具后,科学家才能在实验室里去试图揭开反物质的那些谜团(上图是云室里的电子和反电子径迹),

通过一些实验(弱核力下K介子衰变问题),一些科学家推测,在宇宙大爆炸时存在某些我们还无法知道的过程,这个过程更有利于物质的产生,或者说物质的产生频率快了一点点,这就导致反物质的量略有不足,而物质的量过剩的那一点点就组成了我们现在的这个宇宙。物质比反物质多出多少呢?科学家给出的估计值是,每形成10亿个反物质,可能就会产生10亿零1个物质,

在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。在广袤的宇宙其他的角落会不会存在着大量的反物质呢?目前,我们只知道在银河系中心存在着少量的反物质,2008年,科学家在银河系中心附近发现了一朵庞大但稀薄的反物质云,但这里的反物质很可能不是宇宙初期遗留下来的,而更有可能是起源于黑洞“吞噬”一个恒星这个高能过程中产生的反物质。

事实上,目前最先进的理论也无法解释为什么会出现这种物质与反物质的不平衡。如果非要解释,只能先用人择原理。如果正反物质一样多,都湮灭了,那就没人会去想这个问题了。正是由于这种不平衡,在宇宙早期物质与反物质的“湮灭战”中,只有少量的物质存活下来,然后构成我们宇宙的一切,以及人类自身,都将产生。最后,虽然人类还不能控制反物质,但是可以在实验室里制造一点点反物质,不仅无法量产,而且非常昂贵。以现在的技术,制造几克反原子的成本就能让一个国家破产。

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