宇宙反物質之謎

要想弄明白宇宙中有沒有反物質，首先要弄明白什麼是反物質。

反物質是和物質相對立的一個概念。眾所周知原子是構成化學元素的最小粒子，它由原子核和電子組成。原子的中心是原子核，原子核由質子和中子組成，電子圍繞原子核旋轉。原子核裡的質子帶正電荷，電子帶負電荷。

從它們的質量看，質子是電子的1840倍，形成了強烈的不對稱性。因此，20世紀初有一些科學家就提出疑問，二者相差這麼懸殊，會不會存在另外一種粒子，它們的電量相等而極性相反，比如，一個同質子質量相等的粒子，可帶的是負電荷，另一個同電子質量相等的粒子，可帶的正電荷。

1928年英國青年物理學家狄拉克從理論上提出正電荷電子的可能性。

這種粒子，除電荷同電子相反外，其他都一樣。1932年，美國物理學家安德遜經過實驗，把狄拉克的預言變成了現實。他把一束伽馬射線變成了一對粒子，其中一個是電子，而另一個同電子質量相同的粒子，帶的就是正電荷。1955年，美國物理學家西格雷等人在高能質子同步加速器中，用人工方法獲得了反質子，它的質量同質子相等，卻帶負電荷。1978年8月，歐洲一些物理學家又成功地分離並儲存了300個反質子。1979年美國新墨西哥州立大學的科學家把一個有60層樓高的巨大氦氣球，放到離地面35千米的高空，飛行了八小時，捕獲了28個質子。從此，人們知道每種粒子都有相應的反粒子。

人們根據反粒子，自然聯想到反原子的存在。一個質子和一個帶負電荷的電子結構，便形成成了原子。那麼，一個反質子和一個帶正電荷的“電子”結合不就形成了一個反原子了嗎？類推下，豈不會形成一個反物質世界嗎？於是有人認為宇宙是由等量的物質和反物質構成的。

從理論上看宇宙中應該存在一個反物質世界。可事實並不這麼簡單。經研究發現粒子和反粒子一旦相遇，他們就會“同歸於盡”，從而轉化成高能量的γ光子輻射。可這種光子輻射人們至今還沒有發現。在我們地球上很難找到反物質，因為它一旦遇到無處不在的普通物質就會湮滅。

那麼宇宙中存在著反物質嗎？存在一個反物質世界嗎？按照對稱宇宙學的觀點，它們是存在的。這一學派認為，我們所看到的全部河外星系（包括銀河系在內），原本不過是個龐大而又稀薄的氣體雲，由等離子體構成。等離子體既包含粒子，又包含反粒子。當氣體雲在萬有引力作用下開始收縮時，粒子和反粒子接觸的機會就多了起來，便產生了湮滅效應，同時釋放出巨大能量，收縮的氣體雲開始膨脹。這就是說，等離子體雲的膨脹，是由正反粒子的湮滅引起的。

按照這種說法推論，宇宙中的某個地方，一定存在著反物質世界。如果反物質世界真的存在的話，那麼它只有不與物質會和才能存在。可物質和反物質怎樣才能不會合呢？為什麼宇宙中的反物質會這麼少呢？上世紀五十年代楊振寧和李政道發現弱相互作用下宇稱不守恆的對稱性自發破缺，為解釋反物質為什麼這麼少提供了一個思路，也逐漸成為了量子場論的重要概念，量子力學認為是真空破壞了理論的對稱性，認為真空中充滿了高密度的引力子和反引力子，干擾了粒子，粒子出現不確定、測不準，因此才出現了對稱性丟失。宇宙從誕生開始正反粒子就是不對稱的，也最終才能形成以正物質為主的現在宇宙。

當然以上思想只是科學家目前的理論框架，正反物質的關係真正如何還是待解之謎。