這究竟是一種什么樣的物質(zhì)?為什么在宇宙中到現(xiàn)在還沒人能發(fā)現(xiàn)它,卻到處都有它的存在?為什么想要生產(chǎn)一千億分之一克的反物質(zhì),竟然要耗費(fèi)六十億美元?為什么零點(diǎn)幾克的反物質(zhì)就能毀滅一座城市? 什么是反物質(zhì)?要是用物理學(xué)來解釋可能有點(diǎn)深?yuàn)W,我們先來引用美國著名懸疑作家丹·布朗在暢銷書《天使與魔鬼》中提到的一些話:“反物質(zhì)是人類目前所知的、威力最大的能量,它能百分之百地釋放能量,而原子彈的核裂變效率只有百分之一點(diǎn)五左右。反物質(zhì)不會(huì)造成污染,也不產(chǎn)生輻射,像水滴那么大的一點(diǎn)反物質(zhì),就能維持整個(gè)紐約城全天所需要的能量。不過,先不要太樂觀,這里面可能隱藏著巨大的危機(jī)…… “反物質(zhì)極其不穩(wěn)定,它能把接觸到的任何東西化為灰燼,就連空氣也不能例外。僅僅一克的反物質(zhì),就相當(dāng)于二十萬噸TNT當(dāng)量核彈爆炸的能量,比當(dāng)年扔在廣島的那顆還要強(qiáng)兩千多倍……” 這是丹·布朗在書中說的話,他在小說中設(shè)計(jì)了有關(guān)反物質(zhì)的情節(jié),說恐怖分子企圖從歐洲核子機(jī)構(gòu)偷取0.25克反物質(zhì),用來把整座梵蒂岡城炸毀。嚴(yán)格來講,他的情節(jié)設(shè)計(jì)和某些說法有些地方夸張了,但大體是對(duì)的。 用最通俗的話來講,反物質(zhì)其實(shí)就是和正物質(zhì)完全相反的物質(zhì),而我們?cè)诘厍蛏仙钪兴吹降?、摸到的、聽到的一切物質(zhì),全都是正物質(zhì)。反物質(zhì)是正常物質(zhì)的反狀態(tài)。正反物質(zhì)一旦相遇,雙方就會(huì)相互湮滅而抵消,而且會(huì)發(fā)生爆炸并產(chǎn)生巨大能量。這種能量的釋放率,要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原子彈和氫彈的爆炸。 一些科學(xué)發(fā)現(xiàn)常常會(huì)讓人們目瞪口呆和難以置信,而正是這些發(fā)現(xiàn),推動(dòng)了人們對(duì)世界的認(rèn)識(shí)和進(jìn)步,反物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)就是這樣。1932年,美國科學(xué)家安德森在研究來自遙遠(yuǎn)太空的宇宙射線的過程中,意外發(fā)現(xiàn)一種粒子,這種粒子的質(zhì)量和電量都與電子完全相同,唯一不同的是,在磁場(chǎng)中彎曲時(shí),這種粒子的方向和電子相反,也就是說它是正電子。正電子的發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)界的震驚和轟動(dòng)。它是偶然的,還是具有普遍性?如果具有普遍性,那么其他粒子是不是都有反粒子?科學(xué)家們?cè)谔剿魑⒂^世界的研究中,又新增加了一個(gè)目標(biāo)。 在網(wǎng)上流傳著關(guān)于反物質(zhì)的很多傳聞,比如“五千萬分之一克”反物質(zhì)就能摧毀大型設(shè)施、區(qū)區(qū)幾克反物質(zhì)就能毀滅地球等等,其實(shí)這些都純屬謠言,只是為了增加網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)擊率而編出來的假消息。五千萬分之一克的反物質(zhì)湮滅時(shí),能夠釋放出三百多萬焦耳的能量,但這些能量還不足以摧毀什么大型設(shè)施;而五克反物質(zhì)湮滅時(shí)能釋放出三十六萬億焦耳的能量,這些能量是不小,但也不可能毀滅地球。早在1898年,英國的一位物理學(xué)家就提出:與普通的物質(zhì)存在相同,應(yīng)該也有一個(gè)鏡像對(duì)應(yīng)的反物質(zhì)存在。不過當(dāng)時(shí)的科學(xué)水平和試驗(yàn)條件都很差,所以他這個(gè)反物質(zhì)的概念沒有半點(diǎn)事實(shí)依據(jù)。但到了20世紀(jì)30年代初的時(shí)候,英國物理學(xué)家保羅·狄拉克又提出了更具體的反物質(zhì)假說,他說:“每一種粒子都應(yīng)該有一個(gè)與其相對(duì)的反粒子,比如反電子,兩者的質(zhì)量和電子完全相同,只不過攜帶的電荷正好相反?!?/strong> 當(dāng)正物質(zhì)和反物質(zhì)一接觸,原子最外層的電子就會(huì)因?yàn)樗鶖y帶電荷相反而抵消,原子核中的質(zhì)子也會(huì)因?yàn)橥瑯釉蚨嗷サ窒?,反中子因?yàn)榇判远c中子相反,最后和中子進(jìn)行強(qiáng) 烈的碰撞,發(fā)出驚人能量來。 大科學(xué)家愛因斯坦曾經(jīng)計(jì)算過這種完整的能量釋放比率,他說:“和正反物質(zhì)相撞所釋放出的能量相比,原子彈爆炸就像劃了一根火柴那么微不足道?!?/strong> 著名物理學(xué)家和天文學(xué)家拉普拉斯說過,天體都有巨大的引力,在巨大引力的作用下,會(huì)發(fā)生各類反應(yīng),比如發(fā)光發(fā)熱。但物極必反,宇宙中最大的天體極有可能是肉眼看不見的。當(dāng)引力隨著質(zhì)量而無限增大時(shí),天體就會(huì)變成一個(gè)什么都沒有的區(qū)域,它既不發(fā)熱也不發(fā)光,也就是我們俗稱的“黑洞”。 其實(shí)從哲學(xué)角度來講,這個(gè)問題很容易回答。我國古代的陰陽太極圖 就暗示了世間萬物分陰陽,部分天文學(xué)家也認(rèn)為有存在的可能,但還拿不出令人信服的證據(jù)。自從宇宙大爆炸理論出現(xiàn)后,科學(xué)家們就一直在努力從宇宙射線中找到神秘的反物質(zhì)。但到現(xiàn)在為止,科學(xué)家們都沒能找到反物質(zhì)。 反物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)使人們聯(lián)想起很多不解之謎,比如發(fā)生在1908年6月的通古斯大爆炸,其威力相當(dāng)于幾百顆氫彈一起爆炸。之前的說法是流星或隕石墜落,但又都不太像。 1979年9月22日,美國衛(wèi)星拍攝到發(fā)生在西非沿海一帶的強(qiáng)烈爆炸照片,經(jīng)分析,它的強(qiáng)度相當(dāng)于一次核爆炸。但當(dāng)時(shí)只有美、蘇、英等少數(shù)國家擁有核武器。第二年,這顆衛(wèi)星 又在同一海域記錄到與上次相同的現(xiàn)象,令政界和科學(xué)界大惑不解。 在1984年4月29日晚,日本的一架班機(jī)飛到美國阿拉斯加上空時(shí),副機(jī)長突然發(fā)現(xiàn)飛機(jī)前方有一團(tuán)巨大的蘑菇云,而且急速向四周擴(kuò)散,天空一片灰藍(lán)色。附近的一架荷蘭班機(jī)也都看到了。事后卻沒發(fā)現(xiàn)有任何放射性污染的痕跡,但目擊者十分肯定地說,那就是核爆炸產(chǎn)生的煙霧。 現(xiàn)在有了反物質(zhì)這個(gè)課題,以上這三個(gè)現(xiàn)象似乎都有了很合理的解釋。同時(shí),否定反物質(zhì)的人很多,美國宇宙學(xué)家施拉姆就說過:“大多數(shù)理論家的直覺都是反物質(zhì)并不存在,這意味著如果你能找到它,就會(huì)是個(gè)很偉大的發(fā)現(xiàn),也能證明這些理論家的直覺都是錯(cuò)的。但最大的可能是,這意味著你根本就找不到它?!?/strong> 隨著科學(xué)的發(fā)展,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)我們用肉眼和天文儀器能看到的宇宙,只有恒星或者星系,而這些物質(zhì)只占宇宙總體的十分之一,另外那九成物質(zhì),都是以暗物質(zhì)或反物質(zhì)形式存在著的。1997年,美國天文學(xué)家宣布,他們利用伽馬射線探測(cè)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)在銀河系上方約三千五百光年處,有個(gè)不斷能噴射反物質(zhì)的反物質(zhì)源。它噴射出的反物質(zhì)形成了一個(gè)高達(dá)三千光年的“反物質(zhì)噴泉”。 由于我國也參與了這項(xiàng)研究,因此新聞媒體們?cè)?jīng)大力宣傳過這個(gè)事情,著名華裔物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主丁肇中教授也在努力研究。 這極大地震撼了物理學(xué)界,使科學(xué)家們尋找反物質(zhì)的熱情又高漲了。 在1998年6月3日,丁肇中教授發(fā)起了“尋找宇宙反物質(zhì)”行動(dòng),由他一手研制的“阿爾法磁譜儀”隨著美國發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)上了太空,使得這個(gè)領(lǐng)域再度成為全球科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。 曾經(jīng)有人問,月亮和太陽是反物質(zhì)組成的嗎?太陽系里有反物質(zhì)天體嗎? 月亮是離我們最近的天體了,美國宇航員也已經(jīng)在月球表面登陸過。如果月球是由反物質(zhì)組成,那么在宇航員阿姆斯特朗與月球接觸時(shí),湮滅過程早已把他轉(zhuǎn)化為介子。這是直接的證據(jù),說明月亮是正物質(zhì)的天體。太陽雖然是人類不可能登陸的地方,太陽表面的氣體很熱,熱運(yùn)動(dòng)速度較快的原子已超過了太陽表面的逃逸速度,這就是太陽風(fēng)的起因。如果太陽是反物質(zhì)恒星,那么太陽風(fēng)就是由反原子組成的,它能一直吹到行星上,也會(huì)和行星上的正原子相互湮滅。這樣一來,由正物質(zhì)組成的行星包括地球就會(huì)逐漸消失,但這種消失過程并沒發(fā)生,所以說,整個(gè)太陽系中也沒有反物質(zhì)天體。 但這并不能說明,太陽系之外沒有反物質(zhì)天體,只是我們還沒有能力找到它們。還有人提出了另外一個(gè)問題:黑洞是正物質(zhì)組成的,還是反物質(zhì)組成的? 這個(gè)問題就復(fù)雜了,由于視界的遮蓋,人們還沒辦法探究黑洞的物質(zhì) 構(gòu)成,但由于黑洞的形成過程我們已經(jīng)知道了,大多是由恒星的坍縮形成,而我們周圍的恒星又沒有由反物質(zhì)構(gòu)成的。這樣一來,在黑洞的坍縮過程中不存在大規(guī)模物質(zhì)和反物質(zhì)的變化,所以可以推斷出,我們觀測(cè)到的黑洞都是由正物質(zhì)構(gòu)成的。 為了解開這個(gè)世紀(jì)之謎,中國和意大利在西藏海拔四千三百米的羊八井地區(qū)建了世界上第一個(gè)上萬平方米的“地毯”式粒子探測(cè)陣列實(shí)驗(yàn)站,用來接收來自宇宙的高能射線和反物質(zhì)粒子。 有人也許會(huì)問,為什么我們不自己制造反物質(zhì)?生成反物質(zhì)的速率極低,生產(chǎn)一千億分之一克的反物質(zhì),需要耗資近六十億美元,所以現(xiàn)在還不成熟。至于以后的人類是否能大量制造出反物質(zhì),就要看幾百年后了。 |
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