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標 題[摘錄]反物質,誕生後就會馬上被消滅嗎?
發信站銘傳築夢別境 (Tue Sep 30 23:40:57 2003)
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您聽過反物質嗎?還是只在科幻小說中見過「反物質火箭」這類名詞?其實,就在
你我的身邊,隨處都有反物質,只是數量稀少。而在恆星上則每天都會有為數不少
的新反物質產生,同時也有反物質被消滅。但反物質的真實性質仍是個謎,因此科
學家目前正積極地在離地球最近的恆星—太陽上尋找並研究反物質的性質。
簡單地說,反物質就是與普通物質質量相同但電荷相反的東西。例如,電子(electron
,帶負電)的反物質就是正電子(positron,帶正電),質子(proton,帶正電)
的反物質就是反質子(antiproton,帶負電)。基本上,反物質是經普通物質高速
碰撞而產生。例如:當太陽表面發生閃焰爆發,高速質子碰撞碳元素時,便會產生
不穩定的氮同位素,其中同位素中過多的質子便會藉由輻射出正電子而使原子核維
持穩定。但反物質存在的時間都不長久,因為只要遇到普通物質,如正電子遇到負
電子,便會對滅而產生兩道方向相反的伽瑪射線(能量的一種)。這也是為什麼宇
宙中反物質如此少的原因。
關於反物質的來源,天文學家認為:宇宙在大霹靂初始一秒之內,只有能量而沒有
物質。隨著宇宙膨脹並冷卻,普通物質與反物質同時誕生,且數量「幾乎」相同。
但天文學家估計,普通物質的數量可能只比反物質多了百萬分之一,就是因為多了
那麼一點點,最後,整個宇宙中的優勢都被普通物質給佔據了。至於,為何會多這
麼一點?只能說:原因不明!
反物質的觀念最早在1928年由物理學家狄拉克(Paul Dirac,1933年諾貝爾物理獎
得主)提出,至1932年才真的發現正電子的存在。2002年7月一次超大閃焰爆發,
NASA科學家在閃焰中捕捉到正電子的訊號,估計約只有500公克左右;但數量雖少,
若能應用,足以供給全美國兩天的用電量。可惜的是,在地球上,人類還無法製造
出可有效產生反物質的機械,人造反物質只有每年約十億分之一公克的程度。若未
來科技能達成,則可取代現有的石化物質,成為最有效率的發電產能來源,甚至真
如科幻小說中所言,作為太空旅行的燃料。如左圖,為NASA馬歇爾太空飛行中心的
科學家假想的太空火箭圖。然而,反物質的應用並不是只出現在科幻小說裡,在現
實生活中,科學家已應用在醫學器材中的腦部正電子斷層掃瞄機(Positron Emission
Tomograph,PET)中。
科學家預測,既然太陽閃焰的能量會使原本速度就很快的物質再加速,撞擊到速度
較慢的大氣物質而產生反物質,那麼在太陽大氣中密度較高的區域,這樣的反物質
誕生過程可能一直都在發生;只不過也因大氣密度較高,反物質可能因而會馬上與
普通物質相撞而對滅。
美國加州大學柏克萊分校的Robert Lin等人利用NASA RHESSI衛星觀測到太陽閃焰產
生反物質的現象後,美國海軍研究室(Naval Research Laboratory)的Gerald Share
等人經研究認為:反物質或許會在某顆黑子中誕生,在太陽表面流竄一陣子之後,在
另一顆黑子中被消滅,與科學家預測反物質誕生後會被立刻消滅的理論恰恰相反!
Share等人的理論將發表在10月1日刊行的天文物理期刊新聞快訊(Astrophysical
Journal Letters)中。
然而,Share等人的理論不夠明確,且可能意味著反物質可在極高溫、但密度比之前
科學家預期的還低1000倍的區域中產生。因此,目前科學家普遍抱著不反對、也不支
持的觀望態度面對Share等人的說法。對物質與反物質的重力性質是否相同,目前還
在爭議中。Share表示:「可能就如科幻小說中的描述,我們不能排除宇宙中真有反
物質恆星或反物質星系存在的可能性。或許對我們現有的儀器而言,反物質恆星或星
系可能看來就跟普通物質組成的恆星和星系沒什麼兩樣。若真的存在反物質恆星或星
系,那麼在這些恆星或星系周遭,必定存有一個反物質會與普通物質相遇的邊界,在
邊界上會因物質與反物質對滅而產生大量以伽瑪射線形式出現的能量。」不過,到目
前為止,天文學家並沒有觀測到這樣的現象存在。
參考資料來源:
http://www.space.com/scienceastronomy/antimatter_sun_030929.html
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