04.01 如果宇宙中正反物质各占一半,那我们的世界只是一道闪光!

要想理解反物质,我们先从原子内部说起吧!

在原子内部,存在旋转的电流、强力磁场以及电力,这些作用综合起来会吸引一些东西同时排斥另一些东西。在反物质内部的原子中,这些电流、磁场和电力依然存在,但是它们的极性发生了翻转:北极变成了南极;正电荷变成了负电荷。将一块微型磁铁朝原子的外部轻轻地推进,并同时对反原子进行相同的步骤,看看都会发生什么。

如果宇宙中正反物质各占一半,那我们的世界只是一道闪光!

对于其中一个发生的情况,如略微向左弯曲,在另一种情况下就变成了略微向右的镜像弯曲;前一个若是受到推力,后一个则受到拉力;前一个是被排斥,后一个则是被吸;引前一个是安全的,而后一个则面临湮灭。这些力量的源头是带电的原子核。就像磁铁拥有南北极,使得它可以吸引或者排斥其他物体;电荷也会同性相斥异性相吸。在普通物质内部,原子核都带正电;而原子外围的小型轻质的电子带负电。氢是最简单的元素,一个氢原子含有一个电子,这个电子远离中心原子核并绕着它飞行,而原子核内还包含着一个质子。

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正是异性电荷之间的相互吸引,才使得带负电的电子围绕着遥远的中心带正电的原子核旋转。得益于原子内部深处的这些电磁力以及它们向外的延伸,分子和宏观结构才能够组织起来,比如晶体、生物组织、岩石以及生物等。万有引力控制着星系和星球的构成与轨迹,它使得苹果落地,使得人类可以在地球上立足。然而电磁力却赋予了我们形态和结构。

虽然电磁力比万有引力强得多,但在大块的物质内部正负电荷的吸引力和排斥力趋于平衡抵消,而万有引力只相互吸引。所以,虽然我们体内原子深处存在着强烈的电力,但我们几乎感觉不到它们的存在,并且我们自身也不带电。(根据电力的基本性质,质子团内部的质子之间会相互排斥,最终导致质子团的崩溃。但是,经验和实验都表明还有另一个更加强大的强核力在作用,这个力会作用于质子但不会作用于电子,这个力将质子约束在一起形成原子核。)

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以上就是1928年当人类最初开始研究反物质时所知道的一切。根据狄拉克、米利肯的理解,原子们正是反物质的传奇舞台上的主角,其包含有由大量质子构成的致密簇团,其中的正电荷能吸引带负电荷的轻质电子在其远处旋转。在理解了这些知识之后,我们就可以开始领会反物质的概念了。

大块物质的存在,其中蕴含着诸多电磁法则,这些法则可不管物质的哪块带正电哪块带负电。如果在某种情况下,我们将正变成负、负变成正,结果导致的力是不变的,而这些力形成的结构也不变。假想一下,所有的带负电的电子都变成带正电;而作为补偿,所有的质子都带负电,那么原子的外貌不会发生任何变化。

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这种电荷的交换就会将我们所知道的物质变成所谓的反物质。反氢的一个反原子会包含一个负的“反质子”,而其外围旋转着一个带正电的“正电子”。狄拉克是首位预言这种物质的镜像存在的科学家,他在获得1933年的诺贝尔奖时曾对这个谜进行了总结:我们必须注意到,地球(以及可能整个太阳系)主要含有负电子和正质子这件事稍微有点偶然。对于其他一些星球而言,很有可能处于另一种情况:这些星球构成的主要成分是“带正电的电子”和“带负电的质子”

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在强大的科学预感以及对正负之间深层次对称的完全理解的基础上,他认为半数的星球处于一种状态;而另一半处于另一种状态。这就是我们今天所谓的物质和反物质,但是当今天我们仰望夜空观察那些星球时,暂时还没有办法分辨哪些处于哪种状态。如果狄拉克预言是正确的,那我们古人的太极图中就已经揭示了宇宙的终极奥秘!


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