暗物質(zhì) 在宇宙中是否還存在不發(fā)光物質(zhì)、不發(fā)光的天體？這似乎是不成問(wèn)題的問(wèn)題。例如，在太陽(yáng)的周圍有9大行星，有月亮這類的衛(wèi)星。這些行星或衛(wèi)星自身并不發(fā)光，它們僅能反射光。其實(shí)，所謂發(fā)光物質(zhì)只不過(guò)是這種暫時(shí)不發(fā)光的物質(zhì)處在高溫、高壓環(huán)境的狀態(tài)而已。所以，在宇宙中是否存在不發(fā)光物質(zhì)的問(wèn)題，似乎是這些會(huì)發(fā)光物質(zhì)所存在的狀態(tài)的問(wèn)題，問(wèn)題是它們?cè)谟钪嬷兴加械谋戎厝绾?？如果把宇宙中存在于不發(fā)光狀態(tài)的常見(jiàn)物質(zhì)，如質(zhì)子、中子、電子等占發(fā)光狀態(tài)的比重問(wèn)題，僅僅歸結(jié)為在其他星系中是否存在著行星、衛(wèi)星等，那還不是十分重要的問(wèn)題。因?yàn)?大行星加上可能的彗星，其總質(zhì)量還不到太陽(yáng)的1％，更為重要的是處在不發(fā)光狀態(tài)的常見(jiàn)物質(zhì)，是否在總質(zhì)量上比發(fā)光的星體多一個(gè)量級(jí)，還是他們只占微不足道的分量，或是彼此差不多，如此等等。因?yàn)檫@涉及天體或星系團(tuán)演化的基本規(guī)律。而更為重要的問(wèn)題是，宇宙中是否除質(zhì)子、中子、電子等"會(huì)"發(fā)光的物質(zhì)以外，還存在著在原則上就不會(huì)發(fā)光的物質(zhì)，或者說(shuō)，它們自身不僅不能發(fā)光，而且也不會(huì)反射、折射或散射光，亦即對(duì)各種波長(zhǎng)的光，它們都是百分之百的透明體！它們就是神秘的暗物質(zhì)。 許多宇宙論學(xué)家認(rèn)為，宇宙中會(huì)有占90％以上暗物質(zhì)的存在。如果宇宙中存在著那種原則上不能發(fā)光的非常見(jiàn)物質(zhì)的暗物質(zhì)，那么，宇宙中包含的暗物質(zhì)的多少，就決定了或至少是影響了宇宙是封閉宇宙還是開(kāi)放宇宙。所謂封閉式的宇宙，就是指現(xiàn)今的宇宙膨脹達(dá)到相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)間后（例如800億年），會(huì)由于萬(wàn)有引力使宇宙由膨脹而收縮，這又稱為振蕩式的宇宙；如果宇宙膨脹速度超過(guò)萬(wàn)有引力所引起的阻力，而無(wú)限地膨脹下去，這就稱為開(kāi)放式宇宙?？梢?jiàn)暗物質(zhì)對(duì)宇宙的影響是非常大的。那么，到底有沒(méi)有暗物質(zhì)呢？ 盡管暴脹宇宙論對(duì)暗物質(zhì)問(wèn)題提出了非常有趣的假說(shuō)，但從天文觀測(cè)的角度說(shuō)，這一可能存在有暗物質(zhì)的假說(shuō)，只不過(guò)是理論學(xué)家們的推測(cè)，在天文觀測(cè)上并沒(méi)有給出堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，近來(lái)，在10米的天文望遠(yuǎn)鏡上進(jìn)一步觀測(cè)遠(yuǎn)河外星云，測(cè)出其中的氘核和氫核的豐度的比值比過(guò)去所知的數(shù)值約大了一倍以上。從這一數(shù)值中已經(jīng)可以確定在星系四周的"暈"中，必定有非常見(jiàn)物質(zhì)形態(tài)形成的暗物質(zhì)！這是和暴脹宇宙論假定無(wú)關(guān)的，而僅由天文觀測(cè)值所直接得出的結(jié)論。就是說(shuō)，宇宙中存在著暗物質(zhì)，已是確鑿無(wú)疑的事情。 暗物質(zhì)存在與否，雖然已經(jīng)得到初步證實(shí)。但暗物質(zhì)將由什么樣的物質(zhì)所形成？它們是什么樣的粒子或是場(chǎng)，或是二者的統(tǒng)一，仍然需要進(jìn)一步的研究。宇宙論的理論認(rèn)為，暗物質(zhì)可能有兩種形態(tài)，一種稱為熱暗物質(zhì)，即在宇宙形成物質(zhì)世界時(shí)期，暗物質(zhì)的候選者仍然保持其相對(duì)論性粒子狀態(tài)；另一種稱為冷暗物質(zhì)，即在宇宙形成物質(zhì)世界時(shí)期，暗物質(zhì)的候選者已經(jīng)是非相對(duì)論性的粒子。這兩者將在宇宙演化過(guò)程中起著不同的作用，但都不能沒(méi)有。如何探索、尋找和研究已被天文觀測(cè)所證實(shí)的暗物質(zhì)？這是21世紀(jì)科學(xué)的又一難題。 反物質(zhì) 反物質(zhì)是物質(zhì)的鏡像。物質(zhì)由原子組成,原子又由質(zhì)子、中子和電子組成。質(zhì)子帶正電,電子帶...通常物質(zhì)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)反物質(zhì),即使在實(shí)驗(yàn)條件下,反質(zhì)子也一瞬即逝。 當(dāng)你照鏡子時(shí)，看一看在鏡子中的那個(gè)你，如果那個(gè)鏡子里的家伙真的存在，并出現(xiàn)在你的面前，會(huì)怎么樣呢？ 科學(xué)家們已經(jīng)考慮過(guò)這個(gè)問(wèn)題，他們把鏡子中的那個(gè)你叫做“反你”。他們甚至想象很遠(yuǎn)的地方有一個(gè)和我們現(xiàn)在的世界很象的世界，或者說(shuō)是我們的世界在鏡子里的像。它將是一個(gè)由反恒星、反房子、反食物等所有的反物質(zhì)構(gòu)成的反世界。但是反物質(zhì)是什么，這一切又可能是真實(shí)的嗎？ 對(duì)于“反物質(zhì)是什么”這個(gè)問(wèn)題，并沒(méi)有惡作劇的意味。反物質(zhì)正如你所想象的樣子——是一般物質(zhì)的對(duì)立面，而一般物質(zhì)就是構(gòu)成宇宙的主要部分。直到最近，宇宙中反物質(zhì)的存在還被認(rèn)為是理論上的。在1928年，英國(guó)物理學(xué)家PaulA.M.Dirac修改了愛(ài)因斯坦著名的質(zhì)能方程（E=mc2）。Dirac說(shuō)愛(ài)因斯坦在質(zhì)能方程中并沒(méi)有考慮“m”——質(zhì)量——除了正的屬性外還有負(fù)屬性。Dirac的方程（E=+或者-mc2）允許宇宙中存在反粒子。而且科學(xué)家們也已經(jīng)證明了幾種反粒子的存在。這些反粒子，顧名思義，是一般物質(zhì)的鏡像。每種反粒子和與它相應(yīng)的粒子有相同的質(zhì)量，但是電荷相反。以下是20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的一些反粒子。 正電子——帶有一個(gè)負(fù)電荷而不是帶有一個(gè)正電荷的電子。由CarlAnderson在1932年發(fā)現(xiàn)，正電子是反物質(zhì)存在的第一個(gè)證據(jù)。反核子——帶有一個(gè)負(fù)電荷而不是通常帶有一個(gè)正電荷的核子。由研究者們?cè)?955年的伯克利質(zhì)子加速器上產(chǎn)生了一個(gè)反質(zhì)子。 反原子——正電子和反質(zhì)子組合在一起，由CERN的科學(xué)家制造出第一個(gè)反質(zhì)子（CERN是歐洲核子研究中心的簡(jiǎn)稱）。共制造了九個(gè)反氫原子，每一個(gè)的生命只有40納秒。到1998年CERN的研究者把反氫原子的產(chǎn)量增加到了每小時(shí)2000個(gè)。當(dāng)反物質(zhì)和物質(zhì)相遇的時(shí)候，這些等價(jià)但是相反的粒子碰撞產(chǎn)生爆炸，放射出純的射線，這些射線以光速穿過(guò)爆炸點(diǎn)。這些產(chǎn)生爆炸的粒子被完全消滅，只留下其它亞原子粒子。物質(zhì)和反物質(zhì)相遇所產(chǎn)生的爆炸把兩種粒子的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成能量?？茖W(xué)家們相信這種方法產(chǎn)生的能量比任何其它推進(jìn)方法產(chǎn)生的能量強(qiáng)的多。所以，為什么我們不能建一個(gè)物質(zhì)——反物質(zhì)反應(yīng)機(jī)呢？建造反物質(zhì)推進(jìn)機(jī)的困難之處在于宇宙中反物質(zhì)的缺乏。如果宇宙中存在相等數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)，我們將可能看到圍繞我們的這些反應(yīng)。既然我們的周圍并不存在反物質(zhì)，我們也不會(huì)看到物質(zhì)和反物質(zhì)碰撞所產(chǎn)生的光。 在大爆炸產(chǎn)生時(shí)粒子數(shù)超過(guò)反粒子數(shù)是可能的。如上所述，粒子和反粒子的碰撞把兩者都破壞掉了。并且因?yàn)殚_(kāi)始的時(shí)候有更多的粒子存在，所以現(xiàn)在的粒子是所有留下來(lái)的那些。今天在我們的宇宙中可能已經(jīng)沒(méi)有留下任何天然的反粒子。但是，在1977年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在銀河系中心附近有一個(gè)可能的反物質(zhì)源。如果那個(gè)地方真的存在，也意味著存在天然的反物質(zhì)，所以我們將不再需要制造反物質(zhì)。 但是目前，我們將不得不創(chuàng)造我們自己的反物質(zhì)。幸運(yùn)的是，通過(guò)使用高能粒子對(duì)撞機(jī)（也叫做離子加速器）這種技術(shù)制造反物質(zhì)是可行的。離子加速器，象CERN，是沿很強(qiáng)的環(huán)繞的超磁場(chǎng)排列的一些巨大的隧道，超磁場(chǎng)可以使原子以接近光速的速度推進(jìn)。當(dāng)原子通過(guò)加速器出來(lái)時(shí)，它轟擊目標(biāo)，創(chuàng)造出粒子。這些粒子中的一些就是用磁場(chǎng)分離的反粒子。這些高能離子加速器每年只能產(chǎn)生幾個(gè)毫微克的反核子。一毫微克是一克的十億分之一。所有一年之內(nèi)在CERN產(chǎn)生的反核子只夠一個(gè)100瓦的電燈泡亮3秒鐘。如果要用反核子進(jìn)行星際旅行將需要消耗幾噸才能實(shí)現(xiàn)。
聯(lián)系客服
