反物质天体存在吗

反物质天体存在吗

粒子实验已证实，正反粒子的强作用和电磁作用性质完全一样，所以反质子和反中子也能结合成带负电的反原子核，反核和反电子结合在一起，就可以组成反原子。我们的正物质世界有多少种原子，相应地在反物质世界中也就会有多少种反原子，而且它们在结构上将是完全没有区别的。延伸起来讲，大量反原子能够构成反物质的恒星和星系。如果宇宙中正反物质为等量，那么这样的反恒星和反星系就应当存在。所以这给天文学家提出了一个深刻的问题：宇宙中有反恒星和反星系吗？

要通过观测来分辨远处星系由物质构成或反物质构成并不容易，至今的天文观测只是接收远处天体所放出的光子。原则上，正物质天体如果辐射光子，那么同样的反物质天体应当辐射反光子。但是光子是纯中性的粒子，所以光子与反光子是同一种粒子。这样一来，天文学家通过可见光、射电、x射线或^y射线观测，理论上讲是无法区分他的目的物是由物质构成还是由反物质构成的。恒星和星系除了辐射光子外，同时还辐射中微子。中微子与反中微子很不一样，如果天文学家可以接收中微子，那么他就能区分物质天体与反物质天体。可惜中微子与任何物质的相互作用都十分微弱，造一个能接收它们的仪器很困难。今天用这种办法来区分物质天体或反物质天体还办不到。那么，与我们最邻近的太阳或月亮会是由反物质组成的吗？

月亮是离我们最近的天体，由地面出发的宇航员已在月球上登陆过。倘若月球是由反物质组成的，那么在那位宇航员与月球接触时，湮灭过程早已把他转化为介子了。这是一个最直接的证据，表明月亮是正物质天体。

至于太阳，那是人类没有可能登陆的地方。那么如何才能知道它不是由反物质组成的呢？太阳表面的气体非常热，其中热运动速度较快的原子的速度已超过了太阳表面的逃逸速度，这就是太阳风的起因。如果太阳是反物质恒星，太阳风就由反原子组成，它吹到行星上，就会和行星的正原子相湮灭。那么正物质组成的行星会逐渐消失掉，这种消失过程没有发生，就证明了整个太阳系中没有反物质天体。这样，如果确实存在反物质天体，它至少应在太阳系之外。

1979年，美国科学家曾经把一个有60层楼高的巨大气球放到离地面35公里的高空，气球上载有一批极其灵敏的探测仪器，结果，它在高空猎取了28个反质子。这是在地球以外第一次发现的反物质。除此之外，人们还在星际空间发现了反物质流。

把眼光放远到整个银河系，不禁要问：在这个由千亿个恒星构成的系统中，会有一部分是反恒星吗？今天人们也已可以肯定地回答：·不会有。

我们从地面上可以接收到太空中飞行的宇宙射线。观测统计表明，宇宙射线粒子中反质子仅是质子的万分之几，同时这少量的反质子是高能粒子碰撞的次级产物，而不是原始的，此外宇宙射线中有很少的α粒子（即氦核），然而反α粒子却一个也没有发现过，这些事实都能说明原初的宇宙射线是由正物质组成的。如果银河系中有反物质恒星，那么宇宙射线粒子将与它碰撞而发生湮灭。湮灭产生的ππ0介子将迅速变而成γ光子。因此这种湮灭过程是可以通过γ射线的观测来发现的。正是没能找到湮灭过程所放出的很有特征性的γ光子，使人们知道，银河系中并不存在反恒星，整个银河系都是由正物质组成的。

我们的宇宙是由大量星系构成的。如果在远处有反物质组成的星系，原则上也能用同样的道理来发现。星系之问并不是真空，而是弥漫着很稀薄的气体。所以，若既有正物质星系又有反物质星系，那么正反物质必会相遇，相遇处必会有湮灭过程发生。人们努力地寻找了相应的γ射线，却从来没有找到过。于是得出结论：在三千万光年的范围内不会有巨大的反物质星系存在。如果在更远的地方有这种湮灭发生，由于它的信号太弱而没有被发现是不能排除的。所以上述结论是目前的观测能力所能给出的回答。

在这样的结果面前，人们的看法分成了两种。一种认为宇宙中正反物质应该是等量的，需要的是从更远处去寻找反物质星系存在的证据。另一种认为事实已暗示，宇宙中并无大量的反物质存在，需要的是从宇宙的演化中去寻找引起今天没有反物质的原因。