有没有反世界?

有没有反世界?

我们生活的世界是通常的世界,我们看到的各种物质是通常的物质,有没有反物质?有没有由反物质组成的反世界?通常的物质与反物质有什么不同呢?我们打个比喻:一个人站在平面镜前,看到自己的像,像跟自己的模样一式一样,个头大小、衣服穿着、肤色面容完全相同。但是,左右反了,明明右手拿着东西,像却是左手拿着东西。自然界的基本粒子都有它的反粒子,反粒子与其基本粒子相比,质量相同、寿命一样,但也有某一方面的性质正好相反。当然反粒子不是平面镜里基本粒子的像,而是真实存在的粒子。

1895年英国物理学家汤姆逊在研究阴极射线时,为了想知道阴极射线究竟是什么?做了一系列实验,最终查明阴极射线是高速电子,这就是电子的发现。电子发现之前,人们完全没有想象到世界上竟有电子这样东西,而电子的反粒子——正电子的发现,却是先有一个奇怪的方程。方程是1928年由英国青年物理学家狄拉克建立的,以后叫狄拉克方程,奇怪的方程得出奇怪的解,解出运动的电荷具有“负能量”,这种电荷的质量、带电量与电子完全一样,寿命也相同,所带电荷的符号与电子电荷正好相反,这就是理论上先预言的正电子存在。

1932年,安德森拍得一张宇宙射线的云室照片,经过分析,确定照片上有正电子的径迹。安德森将云室(威尔逊云室)置于磁场中,云室中间放一块6毫米厚的铅板。宇宙射线中的y光子穿过铅板,损失一部分能量与铅原子核相互作用的结果,产生正、负电子对从铅板穿出来,形成向相反方向偏转的两条径迹由径迹的半径和径迹的长度,确定带正电的粒子不可能是质子,这个电子对的产生,正电子的存在,正是狄拉克三年前所预言的。几乎同时,Blac Kett和Occhialini也在宇宙射线研究中发现了类似的正电子存在的证据,从而肯定了“正电子”的发现。狄拉克电子理论的成功,自然使人们相信,质子也应该有反粒子——反质子。

1958年,西格莱和他的合作者用高能加速器加速的质子法轰击氢靶,发现了反质子。反质子的质量、电量、寿命都与质子相同,电荷的符号是相反的,即带有负电荷。2年后,利用质子与反质子的反应,发现了反中子。中子不带电,反中子也不带电,质量相同、寿命一样,它们的磁矩不同,是相反的。其它粒子也都有其相应的反粒子。

正因为粒子与反粒子间存在这点差别,粒子与其反粒子相互遭遇时,产生“湮灭”,就是说原有的正、反粒子对消失。原有正、反粒子对消失,并不是物质消灭,在“湮灭”的同时,产生新的粒子。如正、负电子相遇时,产生2个也可能是3个光子。正、负质子相遇时,产生中子和反中子。由于粒子与反粒子相遇要“湮灭”,在通常物质世界里,不存在稳定的反粒子,一旦产生便立刻在10-8秒时间内通过“湮灭”而消失。但是,茫茫宇宙,会不会有一个由反物质组成的反世界呢?

可以设想,反世界是可能存在的。我们所想象的反世界,由反物质构成,反物质由反原子组成。反原子具有这样的结构:构成原子核的是反质子和反中子、环绕它们运动的正电子。在那里,如果有任何生物存在的话,它们的器官将和地球上生物的器官在平面镜中的映像一样。

过去一直认为,反世界所遵循的规律与我们这个世界所遵循的规律毫无两样,不同的只是两个世界的符号相反而已。但是,美国新墨西哥阿莫斯实验室的3位理论物理学家特里、戈德曼、理查德·休斯和迈克尔·尼图却提出:由反物质构成的物体下落的速度要比由等量的普通物质构成的物体快。欧洲核研究中心正在建造能够产生和储存反粒子的装置,试图了解反粒子在引力作用下的行为。

正、反两个世界,是充满敌意的两个世界,两个世界之间有一条坚固的“防线”,任何粒子都不能越过“防线”进入对方世界。一旦遭遇,所有粒子将灰飞烟灭,转化为光子和其它粒子。可惜到目前为止,科学家还没有在太阳系范围内,或更辽远更广阔的星系范围内观察到反世界和正、反世界的分界线。但是,如果能够生产反粒子并储存反粒子,这不过是自然现象在实验室里重复出现,在广阔的宇宙里,我们就不必因为可能发现反世界而大惊小怪了。