物理学中最大的谜团之一就是为什么宇宙中有物质?

  恒星、行星、星系和星系团都是由物质构成的,植物和动物也是由物质构成的。本来这是极为自然的事情,但是另一种奇怪的东西出现后,我们就陷入了理解的困境,这种东西就是反物质。

  根据我们对宇宙起源和反物质的了解,物质和反物质都应该是不存在的,因为反物质具有一个非常最重要的特点:当它和物质结合时,会相互湮灭抵消,并产生巨大能量(光子)。

  另一方面,物理定律表明,宇宙大爆炸产生的巨大能量应该创造了等量的物质和反物质。

  而问题就出现在这了按理说,等量的物质和反物质相遇,就会同归于尽,可是大爆炸之后的138亿年,宇宙仍然充满各种天体,所有这些天体都是由物质组成的。既然物质都还在,那么反物质都去哪里了?

反物质的现身

  我们先从反物质的物理渊源说起。故事开始于1928年左右。当时,物理学正处于重大改变期。爱因斯坦提出了相对论,阐述了引力的本质,以及当物体以接近光速的速度运动时会发生什么情况。几乎同时,另一群物理学家正在发展量子力学,来描述粒子的行为。与此同时, 英国物理学家保罗�狄拉克试图将这两者联系起来。

   狄拉克提出了一个描述电子运动的数学方程式,即狄拉克方程。这是一个既具有量子力学特征,又满足狭义相对论要求的方程。在方程中,和电子共同存在的还有另一种粒子。它并不是传统带负电荷的电子,而是奇怪的带着正电荷的电子也就是电子的反粒子。

  1931年,狄拉克预言了电子的反粒子即反电子的存在,他还进一步提出质子及其它粒子也应该有相应的反粒子。如果所有粒子都有反粒子,那么就有可能存在完全由反粒子组成的物质,这种物质就是反物质。这是人类第一次意识到可能存在反物质。

  其实早在狄拉克提出反粒子概念之前,反粒子就已经在实验室里留下了踪迹,但被实验物理学家忽略了。那时实验室内探测带电粒子径迹的主要工具是云室,云室中的高能粒子经过的路径上会出现一条白色的雾,也就是粒子运动的径迹。

  在云室内施加磁场后,带电粒子会发生偏转,产生弯曲的径迹。一些科学家注意到,磁场中有一半电子向一个方向偏转,另一半向相反方向偏转。然而长期以来,人们一直认为电子只有一种,因此他们未曾想到那些反常的径迹是反粒子造成的。

   在狄拉克预言反电子之后, 美国物理学家卡尔?安德森怀疑云室中另一半的电子就是反电子,于是他开始做实验来证明。1932年8月,他收集到了足够的数据,正式确认反电子的存在,并将它们命名为正电子。

(作者:贪玩棋牌娱乐)

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