玩躲猫猫的反物质

2　玩躲猫猫的反物质

知识导航

反物质就是由反粒子构成的正常物质的反状态，由英国物理学家保罗·狄拉克最早提出。当正物质和反物质相遇时，就会如同粒子和反粒子结合一般，导致两者湮灭并释放出高能光子或伽玛射线。20世纪30年代，狄拉克就曾预言，每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子。宏观物质主要是由重子数为正的质子和中子所组成，所以，这样的物质被称为正物质，而它们的反粒子组成的物质则称为反物质。那么，为什么自然界存有大量的正物质，却几乎没有反物质呢？

太极图

我国古代的太极图也暗示了反物质的存在，部分天文学家也认为存在反物质，但否定反物质大量存在的人也很多。在多数理论家看来，宇宙中正反物质的大尺度分离是不可能发生的。因为，3000万光年的范围内没有反物质天体，已经说明了宇宙中的大块反物质是不存在的。理论家相信反物质的存在，但是他们认为在最初的宇宙中正反粒子应当等量才自然。而如何说明宇宙从正反物质的等量状态过渡到以正物质为主的状态，却使理论家感到了非常困难。

物理学家也支持理论家的观点，认为在宇宙诞生之初曾经产生了等量的物质与反物质，而两者一旦接触就会相互湮灭，发生爆炸并产生巨大能量。但是，由于某种原因，当今世界主要由物质构成，而反物质却似乎不存在于自然界。这种正反物质的不对称，也是物理学界所面临的一大挑战。

知识拓展

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也无法从中逃脱。说它“黑”，是因为它似乎能将任何物质吞下去，像一个宇宙中的无底洞。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们就无法直接观测到黑洞。2011年12月，天文学家首次观测到黑洞“捕捉”星云的过程。但是，“黑洞”究竟是由正物质组成还是由反物质组成？由于无法深入观测和研究，所以我们无法直接得知黑洞的物质构成。但由于黑洞大多是由恒星坍缩形成的，而我们周围的恒星又没有由反物质构成的，所以我们可以大致推断黑洞是由正物质构成的。

欧洲航天局的伽马射线天文观测台，首次证实了宇宙间反物质的存在。他们对宇宙中央的一个区域进行了认真的观测分析后，发现这个区域聚集着大量的反物质，而且这些反物质来源很多，广布在宇宙空间。科学家希望能够认为制造和控制反物质，但是反物质在接触容器壁后就会立即消失，所以他们就利用特殊磁场捕获反物质。终于在2010年11月17日，欧洲核子研究中心的科学家首次成功制造出多个反氢原子，并利用磁场使其存在了“较长时间”。2011年5月，中国科学技术大学和美国科学家合作发现了迄今最重的反物质粒子——反氦4。2011年6月，欧洲核子研究中心的科研人员宣布已经成功抓取反氢原子超过16分钟。

反物质的发现和捕获，使人们自然地联想到了地球上的许多不解之谜，最著名的就是被称为“世纪巨谜”的通古斯大爆炸。1908年6月30日，俄国西伯利亚通古斯地区的泰加森林，突然发生了一场剧烈的大爆炸。一道白光闪过和一声天崩地裂般的巨响，将一片沉睡的原始森林顷刻间化为灰烬。爆炸引起的大火吞噬了数百千米之内的东西，不但融化了冰层和冻土，还引起了山洪暴发和江河泛滥。据估计，这次大爆炸震惊了全球，其威力相当于上百颗氢弹一起爆炸！

宇宙中的伽马射线

通古斯大爆炸

大爆炸发生后，由于西伯利亚的严寒和交通不便，直到1921年，苏联的一个研究小组才前去考察。之后其他国家也相继派团去考察过，但是至今通古斯大爆炸依然众说纷纭，意见不一。其中一种说法就认为是由反物质引起的“湮灭”现象，因为这种能量级的爆炸除非是由流星或陨石坠落造成，否则就无法解释。但是，人们在那里却没有发现任何的陨石碎块。

知识解码

氢　弹

氢弹是利用原子弹爆炸的能量，点燃氢的同位素氘等轻原子核的聚变反应，从而瞬时释放出巨大能量的核武器，又被称为聚变弹、热核武器等。虽然氢弹的杀伤和破坏因素与原子弹相同，但是其威力却比原子弹要大得多。历史上，轻原子核的聚变反应实际上比重原子核的裂变现象发现得还要早，但氢弹却比原子弹出现得晚。直到1952年，第一颗氢弹才试爆成功。1942年，美国的科学家在研制原子弹的过程中，曾推断原子弹爆炸时提供的能量可能点燃氢原子核，从而引起聚变反应，威力比原子弹要巨大得多。结果，1952年11月，美国成功地进行了世界上首次氢弹爆炸试验。

由于氢弹的运载工具一般是导弹或飞机，所以为了使武器系统能够具有良好的作战性能，就要求氢弹的自身体积要小，重量要轻，而且威力巨大。因此，威力的大小是氢弹技术水平高低的一个重要标志。氢弹发展到现在，无论是大型氢弹还是小型氢弹，其威力似乎都已经接近了极限值。