宇宙反物质之谜

我们知道，世界是由物质组成的，但是如今科学家却提出了一个“反物质”的概念，对传统观点提出了挑战。

那么究竟什么是反物质？宇宙中真的存在反物质吗？

什么是反物质

物质是由原子构成的，而原子核位于原子中心；原子核由质子和中子组成，带负电荷的电子围绕原子核旋转；又原子核里的质子带正电荷，电子与质子所携带电量相等，一正一负。质子的质量是电子质量的1840倍，在质量上形成了强烈的不对称性。这引起了科学家的关注，因此在20世纪初一些科学家就认为二者相差悬殊，因而应存在另外一种粒子电量相当、符号相反，如存在一个与质子质量相等但携带负电荷的粒子；和另一个与电子质量相等，但携带正电荷的粒子，而这就是“反物质”概念的最初观点。

1928年，根据狭义相对论和量子力学，英国青年物理学家狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac）提出一个设想：在自然界中，除了存在著带负电的电子，还存在著一种正电子，性质与电子一样，但能量与电荷都为正，这种电子可称为电子的“反粒子”。他认为，一旦物质和反物质相遇，就会互相吸引，发生碰撞后“湮灭”（annihilation），各自的质量也会消失，并能释放出庞大的能量，这些能量的出现是以γ射线的形式，所以在我们的物质世界中，没有天然的反物质存在。

狄拉克的这一设想，在科学界产生了很大的震动，科学家们认为这种设想很合理，因而极力寻找和制造反物质。

对反物质的不断探索

1932年，美国物理学家安德森（Carl David Anderson）正在研究一种宇宙射线，在研究过程中，他意外地发现了一种质量和电量都与电子完全相同的粒子，不过在磁场中弯曲时，其方向与电子相反，也就是说它是正电子。这一发现论证了狄拉克的设想，并大大激发了人们的研究热情。

1955年，利用高能质子同步加速器，美国的张伯伦（Owen Chamberlain）和塞格雷（Emilio Gino Segrè）两位科学家发现了反质子；1957年，塞格雷等人又观察到了反中子。

1978年8月，欧洲物理学家将300个反质子分离了85小时，并成功地储存了这些反质子；1979年，美国科学家也进行了一个实验，把一个有60层楼高的巨大氦气球放到高空，在离地面35公里的高度上让气球飞行了8个小时，并捕获了28个反质子。

关于反质子的发现层出不穷，这些发现不断激发著人们的热情。反中子和中子一样都不带电，但它们在磁性上存在差别。中子具有磁性且不断旋转，反中子也不断旋转，但有著与中子相反的旋转方向。按照这个线索，物理学家们继续寻找，结果发现了一大群新粒子。到目前为止，已经有300多种基本粒子被发现，这些基本粒子都是正反成对存在。换句话说，任何粒子都可能存在著反粒子。这样在理论上，用人工的方法把反质子、反中子和正电子组成反物质原子这一设想，就是成立的。

1996年1月，欧洲核子研究中心宣告，利用该中心的设备，德国物理学家奥勒特（Walter Oelert）等人，成功合成了第一类人工制造的反原子，即11个反氢原子。由于这一研究成果意义重大，欧洲核子研究中心还特别庆祝一番。物理学家们预言，技术再经改进后，大量生产反物质原子的设想将成为可能。

反物质究竟存不存在

对于在自然界中究竟存不存在反物质的问题，大家观点各异。过去的理论认为，在宇宙中，正物质和反物质是对称、等量的。虽然在地球上反物质只能出现在实验室里，且时间短暂，但在茫茫宇宙中的某些区域，却有可能存在由反物质构成的星系，而那些星体上却很少存在正物质。而除了电磁性质相反，物质与反物质的其它方面均相同，那么在宇宙总磁场的影响下，它们会各自向宇宙相反方向集中，分别形成星系与反星系。

根据这种观点，我们的宇宙应该分为两部分—正物质和反物质。不过，至今我们也没有获得直接证据，能证明关于反星系的分布，因为反物质星系与正物质星系发出的光谱完全相同，我们今天的天文观测方法根本无法有所区别。

虽然理论上认为，宇宙中应该还有这么一个反物质世界存在，但事实并不是这么简单，因为地球上不存在自然的反粒子和反物质。科学家研究发现，核反应中产生的反粒子，被大量正粒子包围，所以产生没多久，就与相应的正粒子结合，反粒子就湮灭了，并转化成了高能量的光子辐射，可人们至今也没发现这种光子辐射。