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1 # 啟迪揭夢
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2 # 魅力科學君
所謂反物質就是與普通物質狀態相反的物質,與普通物質一樣,反物質也是由基本單位構成,即反粒子。通常來講,自然界存在的每有種基本粒子都對應一個反粒子,如反質子、反電子等等。當正反物質相遇時,就會產生湮滅,並釋放出大量能量。
需要說明的是,與暗物質和暗能量不同,反物質並不是理論上的東西,現代科學早已證明反物質的真實性。而正是因為反物質的發現,又給現代物理學帶來了巨大的謎題。
根據目前主流的理論,我們所處的宇宙起源於一個體積極小、密度極大、能量極高的“奇點”所發生的一場大爆炸,在這個過程中形成了各種基本粒子,並逐漸演化成現在的宇宙。
物理規律告訴我們,正反粒子的產生都是成對的,也就是說在宇宙初期形成的粒子和反粒子,它們的數量應該是相等的。而初期宇宙中並沒有相應的機制來使正反粒子分開,那麼在宇宙溫度冷卻到不能再形成粒子的時候,正反粒子的數量就會在湮滅過程中同時減少,最終會演變成既沒有粒子,也沒有反粒子,當然也就沒有了世間萬物的存在。
這明顯與事實不符,那麼這些反物質到底去哪兒了呢?事實上這個問題目前並沒有得到完美的解釋,但有一種觀點得到了不少的認同,即宇宙初期的超高能量,使正反粒子的數量出現了一定程度上的不對等。
舉例說明,在沒有了解核反應之前,人們認為雖然物質一直處於各種變化中,但是在這些變化過程中其原子總數是守恆的。比如說氫氣和氧氣的燃燒反應,其反應方程式為2H2 + O2(點燃) = 2H2O,雖然它們變成了另一種形態的物質,但它們的原子總數還是一樣的。
但核反應顛覆了人們的認知,人們從此知道了原子的總數可以不守恆,而造成這個現象的根本因素就在於能量。按照同樣的思路,在超高能量的環境下,正反粒子產生的數量也很有可能不對等。
按照這種說法,在宇宙形成之初,正粒子的數量佔據了一定的優勢,在接下來正反粒子湮滅過程中,反粒子被消耗殆盡,而只留下了少量的正粒子,並逐漸演化成現在的宇宙。
這只是一個假說,因為目前的科技水平並不支援超高能物理實驗,所以並沒有得到驗證。
第二個問題,反物質有反引力嗎?要搞清楚這個問題似乎比較簡單,將反物質置於地球引力場中,並觀察它的自由落體狀態就可以知道了。實際上,2013年歐洲核子研究組織(CERN)就搞了一個實驗,透過測量反物質的引力質量與慣性質量的比值,來確定反物質是否具有反引力。
將引力質量與慣性質量的比值設為F,引力質量設為Mg,慣性質量設為Mi,即 F = Mg/Mi,如果F = 1,那麼表示反物質與普通物質一樣,而如果F = -1,則表示反物質擁有反引力。
實驗思路為,在特殊儀器裡釋放反物質,透過觀察反物質的起始位置與湮滅位置來確定F的值,其實驗結果如下圖所示。
上圖中紅點表示當前反物質湮滅位置,綠點表示之前的子樣本,平行虛線代表反物質湮滅的平均值,下彎的線代表模擬程式中的重力影響。
透過實驗,CERN得出了F的值為 -65 到 110 之間!為什麼會出現這樣離譜的結果呢?其實還是因為科技水平的限制。
因為反物質極不穩定,稍不注意它就會與普通物質產生湮滅,所以目前儲存反物質都是用特殊的磁場來實現,也就是說只能用電磁力來約束反物質。而引力相對於電磁力來講,是微乎其微的(一塊小小的磁鐵產生的電磁力,就可以擊敗整個地球所產生的引力,輕易的吸起一顆鐵質的大頭針)。
因此我們可以知道,任何微小的力,都可以影響到整個實驗結果,如果要完成精準的實驗,就必須要保證反物質在絕對的真空裡,只受到引力的影響,顯然這是現在的科技水平達不到的。
所以說,反物質有沒有反引力現在並沒有定論。不過按現有的物理規律來看,凡是具有質量的物體都會產生引力,因為反物質也有質量,所以反物質很可能也會產生正常的引力。具體怎麼樣,還要等待時間來驗證。
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反物質與物質的物理特性和狀態相反,如負質子和正電子,它們與物質電子和質子的帶電屬性相反,物質與反物質放在一起會很快甄滅和釋放巨大能量,這種能量的轉換率可能比核反應的能量轉換率高。發現這些亞原子級的反物質很難,在自然界中發現原子級的反物質更難。
歐州核子研究中心科學家曾經用製造出的反亞原子組合出了反氫原子,但只呆留了40納秒的時間。這就說明反物質與宇宙內的物質不相容,它們之間的質比落差很大,又為什麼能人為製造出反物質來呢?再說,物質宇宙這個"造物主傢伙"還能允許希少的反物質短暫地現現身,就有慈悲心懷了。從物理學角度去分析,這必定存在物質與反物質之間有著共性的"遺傳"密碼。我認為反物質和物質的遺傳密碼比亞原子微觀得多,微觀到單獨不帶電和磁性,也不能單獨產生引力,但會產生目前瞭解不到的相互作用力,這種作用力又類似於引力和斥力之間產生的相互作用力。
當物理學理論發展到一定程度時,回望我們原有的物理學理論後,就會發現以前的思路過窄。可能反物質的遺傳密碼存在於每個物質原子中,但需要物質原子在特殊的溫度環境中去透過物質與反物質共有的遺傳密碼把反物質複製出來。
如果某些生物體內含有十分微量的反亞原子物質,這些微量的反物質又能湊齊生物體的整體質量,並且會產生與質量相關的引力和斥力,那麼反物質在什麼情況下宇宙會評價和賜於它的引力作用。為什麼某些生物有儲存反物質的特殊本領呢?又為什麼有些生物體內的反物質不會與物質之間相互作用後甄滅呢?說明我們對反物質的生存環境瞭解不透。看來宇宙並沒有拋棄反物質,只是以某些方式製造和存留了反物質。
由於反物質在宇宙內轉換出來存在於世的時間不多,能讓它久呆的環境也不多,因此,即使存在能產生反引力的反物質,也是短暫少量的出現,根本不會對宇宙產生主要的引力影響。只有由反原子組成的物體出現,才可以大膽的去談反引力。