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宇宙中反物质消失之谜的破解

2020-02-21 | 人围观

众所周知,1928年,英国物理学家保罗.狄拉克把相对论引入量子力学,建立了著名的狄拉克方程,从理论上预言了负能量的存在。(就是说,这一方程的解很特别,既包括正能态,也包括负能态。)

  狄拉克论文发表的以后3年间,关于“负能现象”在科学界有过激烈的争论,玻尔、海森堡、泡利等当时著名的物理学家都对这一理论表示质疑,因为负能莫名其妙、无法理解。但狄拉克始终坚持自己的理论,甚至于1931年又大胆提出了“反粒子”的概念来解释“负能现象”。从而预言了反粒子、反物质的存在。
  (反物质是由反粒子构成的。正反物质电荷相反,它们相遇会湮灭并释放出高能光子或伽玛射线等等。)

  幸运的是,1932年秋,美国物理学家卡尔·安德森在研究宇宙射线中高能电子的云室运动轨迹时,惊奇地发现强磁场中有一半的电子向一个方向偏转,另一半则向相反方向偏转,经过仔细辨认,科学界确认这就是狄拉克预言的正电子,从而印证了狄拉克预言的正确性。到了上世纪50年代,反质子和反中子的发现,大量其它反粒子的发现,让人类开始明确地意识到,任何基本粒子都有反粒子。

  到目前为止,科学家们已经发现了300多种基本粒子,这些基本粒子都是正反成对存在或湮灭的。这促使人们猜测宇宙中正物质和反物质的存在方式也应该是完全对称的。

  (事实上,在1933年底诺贝尔物理奖颁奖典礼上,狄拉克已经预言,宇宙中很可能半数星球由正物质组成,另外半数星球由反物质组成。我们的太阳系与地球由正物质构成纯属偶然。)

  现在大家已经理解:当初人们对反物质感到陌生,是因为人们对于高能现象缺乏认识,因为只有能量足够高,反物质才能被产生出来。今天,随着科学技术的发展,物理学家对于反物质已经习以为常。各种研究反质子和质子对撞,正负电子对撞的实验设备已经成了物理学家们的标配。

  除了在实验室人们可以轻易催生各种反粒子,在高能宇宙射线中,人们也观测到了反粒子的存在------宇宙线是来自于宇宙高能天体所产生的高能粒子流,这些高能的宇宙线在银河系空间传播的过程中,会和星际空间的稀薄物质碰撞,发生反应并产生反粒子。


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