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标 题[摘录]反物质,诞生後就会马上被消灭吗?
发信站铭传筑梦别境 (Tue Sep 30 23:40:57 2003)
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您听过反物质吗?还是只在科幻小说中见过「反物质火箭」这类名词?其实,就在
你我的身边,随处都有反物质,只是数量稀少。而在恒星上则每天都会有为数不少
的新反物质产生,同时也有反物质被消灭。但反物质的真实性质仍是个谜,因此科
学家目前正积极地在离地球最近的恒星—太阳上寻找并研究反物质的性质。
简单地说,反物质就是与普通物质质量相同但电荷相反的东西。例如,电子(electron
,带负电)的反物质就是正电子(positron,带正电),质子(proton,带正电)
的反物质就是反质子(antiproton,带负电)。基本上,反物质是经普通物质高速
碰撞而产生。例如:当太阳表面发生闪焰爆发,高速质子碰撞碳元素时,便会产生
不稳定的氮同位素,其中同位素中过多的质子便会藉由辐射出正电子而使原子核维
持稳定。但反物质存在的时间都不长久,因为只要遇到普通物质,如正电子遇到负
电子,便会对灭而产生两道方向相反的伽玛射线(能量的一种)。这也是为什麽宇
宙中反物质如此少的原因。
关於反物质的来源,天文学家认为:宇宙在大霹雳初始一秒之内,只有能量而没有
物质。随着宇宙膨胀并冷却,普通物质与反物质同时诞生,且数量「几乎」相同。
但天文学家估计,普通物质的数量可能只比反物质多了百万分之一,就是因为多了
那麽一点点,最後,整个宇宙中的优势都被普通物质给占据了。至於,为何会多这
麽一点?只能说:原因不明!
反物质的观念最早在1928年由物理学家狄拉克(Paul Dirac,1933年诺贝尔物理奖
得主)提出,至1932年才真的发现正电子的存在。2002年7月一次超大闪焰爆发,
NASA科学家在闪焰中捕捉到正电子的讯号,估计约只有500公克左右;但数量虽少,
若能应用,足以供给全美国两天的用电量。可惜的是,在地球上,人类还无法制造
出可有效产生反物质的机械,人造反物质只有每年约十亿分之一公克的程度。若未
来科技能达成,则可取代现有的石化物质,成为最有效率的发电产能来源,甚至真
如科幻小说中所言,作为太空旅行的燃料。如左图,为NASA马歇尔太空飞行中心的
科学家假想的太空火箭图。然而,反物质的应用并不是只出现在科幻小说里,在现
实生活中,科学家已应用在医学器材中的脑部正电子断层扫瞄机(Positron Emission
Tomograph,PET)中。
科学家预测,既然太阳闪焰的能量会使原本速度就很快的物质再加速,撞击到速度
较慢的大气物质而产生反物质,那麽在太阳大气中密度较高的区域,这样的反物质
诞生过程可能一直都在发生;只不过也因大气密度较高,反物质可能因而会马上与
普通物质相撞而对灭。
美国加州大学柏克莱分校的Robert Lin等人利用NASA RHESSI卫星观测到太阳闪焰产
生反物质的现象後,美国海军研究室(Naval Research Laboratory)的Gerald Share
等人经研究认为:反物质或许会在某颗黑子中诞生,在太阳表面流窜一阵子之後,在
另一颗黑子中被消灭,与科学家预测反物质诞生後会被立刻消灭的理论恰恰相反!
Share等人的理论将发表在10月1日刊行的天文物理期刊新闻快讯(Astrophysical
Journal Letters)中。
然而,Share等人的理论不够明确,且可能意味着反物质可在极高温、但密度比之前
科学家预期的还低1000倍的区域中产生。因此,目前科学家普遍抱着不反对、也不支
持的观望态度面对Share等人的说法。对物质与反物质的重力性质是否相同,目前还
在争议中。Share表示:「可能就如科幻小说中的描述,我们不能排除宇宙中真有反
物质恒星或反物质星系存在的可能性。或许对我们现有的仪器而言,反物质恒星或星
系可能看来就跟普通物质组成的恒星和星系没什麽两样。若真的存在反物质恒星或星
系,那麽在这些恒星或星系周遭,必定存有一个反物质会与普通物质相遇的边界,在
边界上会因物质与反物质对灭而产生大量以伽玛射线形式出现的能量。」不过,到目
前为止,天文学家并没有观测到这样的现象存在。
参考资料来源:
http://www.space.com/scienceastronomy/antimatter_sun_030929.html
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