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1 # 傅渥成
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2 # 萬物未解之謎
宇宙有多大?它非常大,到底是多大?只是非常巨大!早在20世紀初,科學家們就認為銀河系在30萬光年範圍內,而這只是眾多星系中的一個。而目前為止,人類連太陽系都沒走出去。
更精確的計算顯示:銀河系的尺寸僅為15萬光年。而可觀察的宇宙有多大?哦,它的直徑是930億光年。
科學家們最近發現了一種測量星際距離的方法。例如,他們使用無線電波並測量他們從地球返回火星的時間。知道方程中的一個變數,就可以找到所有其他資料。
在上個世紀中葉,天文學家瞭解到宇宙在不斷擴大。星系離開我們的速度越快,我們在光譜中獲得的紅光就越多。
目前,最強的紅色輻射來自已有138億年曆史的星系。而這也是宇宙開始的時代,它在形成時立刻開始迅速擴張。因此,事實證明宇宙可見部分最遙遠的星系離地球有465億光年。
來自牛津大學的天文學家得出的結論是,整個宇宙比我們所能觀察到的大約大250倍。最有可能的是,我們甚至我們的後代都不能看到如此遙遠的事情。
宇宙中當然存在著反物質。反物質這一概念是在相對論在跟量子力學結合之後,非常自然地產生出來的一個「能量問題」。狄拉克是一位極具想象力的物理學家,他給出了薛定諤方程的相對論版本,並讓這個方程滿足了機率方面的一些要求,不過,在這一修改之後,粒子的能量竟然可以取到負值。
狄拉克對「負能量」進行了這樣的解釋:真空中並非是真的空無一物,而是充滿了無限多的具有負能量的粒子,這些粒子是負能量的海洋——我們現在稱之為「狄拉克海(Dirac sea)」。假設現在向真空中發射能量,當能量足夠強時,就有可能把狄拉克海中的粒子激發到正能量的狀態。這樣,在負能量的海洋裡就出現了一個「空穴」,這樣的空穴就已經不再具有負能量了,而是具有正能量了——這種在狄拉克海中的空穴就是傳說中的「反物質1」(antimatter)。反物質帶有「正能量」就意味著當其跟物質相遇而湮滅時,會放出雙倍於物質質量的能量。反物質粒子與其所對應的物質粒子的質量、壽命、自旋相等,然而其電荷卻恰好相反。因此有意思的是,「正電子(Positron)」因為帶正電,所以是反物質粒子。
1932 年,卡爾·安德森(Carl David Anderson)在宇宙射線中發現了正電子,驗證了狄拉克的猜測。不僅僅在宇宙射線中存在著反物質,人工也可以產生出反物質。今天,在實驗室中,物理學家不但可以製備「正電子」,還可以得到反氫原子等反物質原子。
在現代的量子場論中,不管是正物質粒子還是反物質粒子都被看成是實際存在的粒子,只是把時間的方向反過來,例如在費曼圖上,我們用與時間方向相同的箭頭代表正費米子,與時間方向相反的箭頭表示反費米子。