真的有反物質(zhì)宇宙存在嗎？

CERN的反質(zhì)子收集器（AC）和反質(zhì)子存儲器（AA）裝置

2002年6月31日，一個科學(xué)界關(guān)注的日子。東南大學(xué)與諾貝爾物理獎獲得者、著名科學(xué)家丁肇中簽署合作協(xié)議，參與AMS（Alpha Magnetic Spectrometer）—03型探測器的研究，成為目前我國唯一加入這一世界最前沿科研項目的高校。這也引起了一個引人入勝的話題：有反物質(zhì)宇宙存在嗎？

從哲學(xué)角度來講，這個問題很容易回答。我國古代的太極圖似乎也暗示了它的存在，部分天文學(xué)家也認為有存在的可能，但現(xiàn)代天文學(xué)還拿不出令人信服的證據(jù)。否定反物質(zhì)的人很多，美國宇宙學(xué)家施拉姆（Schramm）說：“大多數(shù)理論家的直覺，不存在反物質(zhì)。這意味著如果你找到它，那是一個偉大的發(fā)現(xiàn)，證明這些理論家都是錯誤的。但是最大的可能是，這意味著你找不到它。”

目前，由丁肇中主持的這項研究已有16個國家的科學(xué)家參與其中，投入的資金更是高達1000多億美元。許多科學(xué)家表示：只要能發(fā)現(xiàn)宇宙反物質(zhì)的存在，那么這將是當(dāng)之無愧的諾貝爾獎。該探測器將于2005年發(fā)射升空并永久停留在太空，東南大學(xué)還將建立一個數(shù)據(jù)接收分析中心和培訓(xùn)中心作為配套項目。丁肇中認為，如果反物質(zhì)確實存在，當(dāng)正物質(zhì)與反物質(zhì)碰撞時可以產(chǎn)生巨大的能量。他現(xiàn)在所主持的“尋找宇宙中的暗物質(zhì)和反物質(zhì)”的研究已進行多年，目前已取得一些重要成果。“但是，從這一領(lǐng)域發(fā)展的歷史來看，人們要有思想準(zhǔn)備，也許我們會發(fā)現(xiàn)意想不到的東西，與原先想研究的東西毫無關(guān)系。”丁肇中很慎重地表示。

從拉普拉斯大預(yù)言談起

天體有巨大的引力，在巨大的引力作用下，會發(fā)生各類反應(yīng)，并發(fā)光發(fā)熱。物極必反，拉普拉斯（P?S?Laplace）曾經(jīng)大膽預(yù)言：宇宙中最大的天體有可能是看不見的。當(dāng)引力隨質(zhì)量增大時，天體會變成一個一無所有的區(qū)域，既不發(fā)熱，也不發(fā)光，現(xiàn)在我們稱之為“黑洞”（Black Hole）。因此宇宙更多的是由不可見的暗物質(zhì)或反物質(zhì)組成，我們?nèi)庋酆吞煳膬x器所能“看”到的只是以恒星或以星系形式存在的宇宙結(jié)構(gòu)，這些物質(zhì)只占宇宙總體的10％，90％的物質(zhì)是以暗物質(zhì)或其他結(jié)構(gòu)形式存在。顯而易見，對可見物質(zhì)的巨大引力的存在表明了暗物質(zhì)或反物質(zhì)的存在?？墒俏覀冇霉鉄o法探測到，用紅外線、紫外線和X光都無法探覓到它們的足跡。

同樣的，對應(yīng)著現(xiàn)存的星系結(jié)構(gòu)體系，有由相反的反宇宙結(jié)構(gòu)體系存在嗎？其實早在1898年，一位英國物理學(xué)家就提出：與物質(zhì)存在一樣，有一個鏡像對應(yīng)的反物質(zhì)存在。受當(dāng)時科學(xué)水平和試驗條件的限制，這個反物質(zhì)概念沒有一點事實依據(jù)，因此在宇宙深處存在由反物質(zhì)組成的宇宙恒星云只能屬于純粹意義上的假說。

1997年科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)了“銀心反物質(zhì)噴泉”極大地震撼了整個物理學(xué)界，使科學(xué)家們尋找反物質(zhì)的熱情一下子高漲起來。

1998年6月3日，由丁肇中教授發(fā)起的帶有全球意義的尋找宇宙反物質(zhì)事件，使得這一領(lǐng)域一度成為全球科學(xué)家最為關(guān)注的焦點。

制造反物質(zhì)

1928年，英國年輕的物理學(xué)家，諾貝爾獎獲得者狄拉克（P·A·M·Dirac）首次預(yù)言存在反粒子。1932年，美國科學(xué)家卡爾·安德孫（C·D·Anderson）等在云霧室里研究宇宙現(xiàn)象過程中發(fā)現(xiàn)了反電子，并將其正式命名為“正電子”，狄拉克的預(yù)言得到科學(xué)實驗的證實。

狄拉克還預(yù)言了其它反粒子的存在。物理學(xué)家已先后制造出多種反粒子和反原子核。例如：1955年美國加利福尼亞州立大學(xué)伯克萊分校的物理學(xué)家張伯倫（O·Chamberlain），使用高能質(zhì)子同步穩(wěn)定加速器，用高能質(zhì)子去轟擊銅，結(jié)果便制造出了反質(zhì)子。接著第二年發(fā)現(xiàn)了反中子，稍后又有反中微子、反介子、反超子……，其中反西格馬超子是我國科學(xué)家王淦昌在10吉電子伏同步穩(wěn)相質(zhì)子加速器上發(fā)現(xiàn)的。

有反粒子必然有反物質(zhì)，但制造反物質(zhì)并非易事。事實上，直到1996年初，人類才在日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心（CERN）首次成功制造一種反物質(zhì)---9個反氫原子。事隔一年，美國費米(Fermi)加速實驗室也成功制造了7個反氫原子……高能物理的發(fā)現(xiàn)激勵著更多的科學(xué)家從事這項重要的基礎(chǔ)研究。

目前科學(xué)家們制造的反物質(zhì)雖然不是很多，存在時間還不到400億分之一秒，但是科學(xué)家們已經(jīng)見到了曙光。如果反氫原子是氫原子的鏡像的話，宇宙中就有可能存在反物質(zhì)天體，雖然它的光譜和普通星系的光譜一樣，令我們無法區(qū)分它們。自然地，茫茫宇海成為科學(xué)家尋找反物質(zhì)的理想場所。

奇妙的反物質(zhì)世界

愛因斯坦早年可能也意識到了反物質(zhì)的存在，從他的研究中我們會發(fā)現(xiàn)一些蛛絲馬跡。他曾建立了一個物質(zhì)總能公式：E=√C2P2±M2C2

根據(jù)這個公式推算，物質(zhì)的總能量有正負兩個值，這意味著，世界上存在負物質(zhì)。我們更關(guān)心的是，有反物質(zhì)世界存在嗎?這不禁會使人聯(lián)想到美國電影《費城實驗》，其實這個實驗是有生活依據(jù)的。

1943年12月，美國海軍在費城進行了一項秘密實驗(The Philadelphia Experiment)，試驗成功地將以艘驅(qū)逐艦及全體船員投入到另一空間。在實驗過程中，實驗人員啟動脈沖和非脈沖器，使船只周圍形成了一個巨大的磁場。隨后整條船被強磁場所產(chǎn)生的綠色煙霧包圍著，船只和船員也開始從人們的視線中消失。軍方在停止實驗后，卻驚奇地發(fā)現(xiàn)他們的驅(qū)逐艦在眨眼之間已經(jīng)駛到了遠在470公里開外的諾?？耍∟orfolk）碼頭。這個實驗令很多科學(xué)家目瞪口呆。相傳，此后一些船員身上仍留有實驗的反應(yīng)，不論在家里，在街上，在酒吧間或飯店里，都會突然地消失又重現(xiàn)，讓旁觀者驚訝不已。

參與這項實驗的吉索普（Morris K?Jessup）博士認為，強烈的磁云能夠重新排列人類和物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，使其進入另外的時空。

費城實驗的進行在科學(xué)上具有深遠的意義，它不僅證實了自然界中的確有另外的空間存在，同時也表明了將人類及裝備暫時投入另一空間的可行性。

可是要是我們找到了反物質(zhì)世界，并且走了進去，那才真正發(fā)現(xiàn)一個奇妙的世界呢。所有的物理定律都要翻個個兒，正如科幻小說家描寫的那樣，在反物質(zhì)世界里，力的作用恰好相反，你如想扣起反物質(zhì)物體，就得把物體向下按；反物質(zhì)做成的釘子，先要對準(zhǔn)墻向外拔它，它才會鉆進墻里。我們的基礎(chǔ)理論仿佛在一夜間就變了個樣，誰也不敢想像在這樣的世界里究竟會發(fā)生什么或者正在發(fā)生什么。

反物質(zhì)引發(fā)的大爆炸

由于反物質(zhì)與物質(zhì)是水火不相容的，一旦它們相遇，兩者便很快消失，同時釋放出巨大的能量和比普通可見光強約25萬倍的伽瑪射線。這就為那些研究地球上神秘大爆炸的西方科學(xué)家找到了借口。

銀河系中央，物質(zhì)與反物質(zhì)湮滅時產(chǎn)生的γ射線爆,康普頓衛(wèi)星1997年攝。

1908年6月30日凌晨7時17分，在西伯利亞通古斯發(fā)生了一起相當(dāng)于數(shù)百顆原子彈當(dāng)量的爆炸，其規(guī)模之壯觀使得遠在倫敦的人連續(xù)兩個晚上能夠看到北部天空所呈現(xiàn)的紅色，盡管科學(xué)家分別在1921年、1927年和1929年對該地區(qū)進行了多學(xué)科的聯(lián)合考察，但令人失望的是，該地區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)任何隕石和其它墜落體的殘片。

1979年9月22日，美國的軍用衛(wèi)星“貝拉號”在非洲西南拍攝到了一次“強烈的大爆炸”的照片，并于1981年初再次在該地區(qū)拍攝到了這一類似“爆炸”現(xiàn)象。令人大惑不解的是：在此之前，只有美、蘇 、英三國擁有核能力，且早在1963年三國就簽署了地下核試驗條約，而“貝拉號”的發(fā)射目的正在監(jiān)視簽約國的，那么是誰跑到如此遙遠的地方進行核試驗的呢?

通古斯大爆炸是反物質(zhì)引起的嗎?

最近的一次發(fā)生在1984年4月29日夜間，荷蘭航空公司的868班機在22時30分，日本航空公司第36次航班在23時15分左右，都在途中發(fā)現(xiàn)了神秘的蘑菇云，并且還伴隨著強烈的白光。同一條航線上另外兩架航班也目睹了這神秘的一幕?？墒切l(wèi)星云圖則說明天氣情況良好。更不可思議的是，調(diào)查表明爆炸空域受到了明顯的放射污染。

所有這一切，一些科學(xué)家都把它歸結(jié)為反物質(zhì)爆炸，在未找到宇宙反物質(zhì)之前，誰也無法找到反駁他們的理由。

黑洞與反物質(zhì)通道

根據(jù)廣義相對論引力場方程推出：宇宙中的黑洞是連接兩個分離時空區(qū)的隧道，假如反物質(zhì)世界處于另一時空，那么黑洞就可能是反物質(zhì)世界的通道。但對于黑洞內(nèi)部我們?nèi)匀灰粺o所知，確切地說，黑洞內(nèi)部就是一個反物質(zhì)世界，而遠非“黑洞無毛理論”(No Hair Theorem)所說的那么簡單。

有人把反物質(zhì)世界和物質(zhì)世界關(guān)系用一張紙條來加以證明。取一張小紙條，完好地把兩頭粘連起來，試想，如果有一只螞蟻在外表爬行，它怎樣才能進入另一面呢？有兩個辦法：一是爬過紙帶邊緣；一是在紙帶上打個洞?？墒侨绻覀儼鸭垘У囊活^旋轉(zhuǎn)180°再粘連上，紙帶的兩面就變成了一面，螞蟻只要在紙帶上爬行就可以隨意地出入紙帶內(nèi)外。如果宇宙是一個整體，我們只要進入黑洞，就可以進入反物質(zhì)世界。可是至今，我們還從未聽人說起曾到黑洞旅游過。