暗能量与反物质

暗能量与反物质

2009/04/30 10:44[未分类 ]

Chilly 9:46:52

暗能量作为一种能够指引宇宙演化进程的神秘力量.

应该值得我们研究。

1. 为什么我们的宇宙这么大？换言之，为什么暗能量这么小？

2. 为什么暗能量恰好和临界密度也就是总能量密度是一个数量级？通过对暴涨宇宙学、人择原理、全息暗能量等理论问题，以及IA 型超新星的Hubble图、微波背景辐射的涨落谱、重子声学振荡(BAO)、X射线源的气体质量比重、Gamma射线爆等暗能量科学实验深入研究，大家就会对暗能量的特点和作用有系统直观的认识。

反物质诞生之谜揭开：黑洞撕裂恒星所致

1999年7月24日的太阳环状喷射产生了反物质

美国宇航局设想的一种反物质动力火箭

新浪科技讯北京时间1月14日消息，据国外媒体报道，反物质是一种极其神秘的物质，它们与普通物质一起构成了整个宇宙。但长期以来，反物质究竟是如何产生的一直是一个未解之谜。德国的科学家近日称，他们目前已经找到答案：反物质是由中子星和黑洞撕裂恒星产生的。

在1月10日出版的《自然》杂志上，德国马普研究所地外物理学家乔治-威登斯波恩特及其同事详细公布了他们的这项最新发现。乔治-威登斯波恩特称，当一颗相对寻常的恒星在绕其旋转的黑洞或中子星的作用下分崩离析，科学家们称之为“低质量X射线双星”。研究人员们推算，这种“低质量X射线双星”可以每秒喷射出近10的41次方个正电子。这些正电子占了科学家们推断的反物质的很大一部分，从而极可能排除其它各种有关反物质的异说。乔治-威登斯波恩特说：“根据简单初步的统计，我们认为一半甚至可能所有的反物质都来源于X射线双星。”目前，科学家们已经见证了反物质的死亡，他们希望同样能看见反物质的诞生。

乔治-威登斯波恩特说，每种基本粒子都有相应的反粒子，它与原来的粒子相比，只是所带的电荷和其他量子数相反，其余构造完全相同。正因为带的电荷相反，所以它们的一些性质也完全相反。许多物理学家认为反粒子是由原来粒子的内部结构被“镜面倒转”以后得到的。由反粒子构成的物质叫反物质。当粒子和反粒子相遇时，它们就会同归于尽。我们的银河系完全是由普通物质构成的，所以一旦制造出一个反粒子，不管是在实验室里还是在星球内部，在它遇到一个粒子并湮灭以前只能存在一微秒。许多宇宙学家还这样推测：在开天辟地的那个时刻，物质和反物质就分离开，构成了两个宇宙，一个称做“宇宙”，另一个则是“反宇宙”，它们互相排斥并且以很大的速度互相远离。

另外一名参与了此项研究的科学家斯奇纳解释说：“尽管目前对于是黑洞产生了中子星和其它物质，还是中子星产生了黑洞和其它物质下定论还过早，但是这种现象的确非常有意思，然而我们现在还很难界定包含黑洞的X射线双星和包含中子星的X射线双星之间的差别。据估计，一克反物质与正物质结合时，放出的能量相当于世界上几个最大水电站发电量的总和。科学家预测假如利用反物质推动太空船，六星期到达火星将不是梦想。但是，要利用反物质，就必须首先找到反物质，在地球上人们尚未找到可利用的反物质。令人可喜的是科学家发现在地球之外十分遥远的银河系中心存在一个反物质源，它喷射出一个反物质喷泉，这些反物质能不能为人类所利用至今还是个谜。”

英国物理学家狄拉克1930年提出电子有两种，除了有带负电荷的电子外，还有带正电荷的电子，这两种电荷恰好一正一反，带负电荷的电子叫正电子，带正电荷的电子叫反电子。长期以来，人们一直认为电子只有一种，所以对狄拉克的预言半信半疑。没想到两年以后狄拉克的预言得到了证实，美国物理学家安德森在实验室果然发现了反电子。后来人们陆续又发现了反质子、反中子等等各种各样的反粒子。于是科学家们设计好方案进行实验，功夫不负有心人，科学家们终于在实验室得到了结构比较简单的反氘，这说明反物质的设想并不荒唐。反物质这东西很神秘的，只要一露面，立即就会与正物质结合，同时放出大

量的能量。据说1908年中西伯利亚的通古斯大爆炸就是由于天外飞来一块由反物质组成的陨石，反物质与正物质通古斯河上空结合放出大量能量而造成的。

欧洲粒子物理研究所制造出反氢

反物质可制成武器威力远超核弹

据英国《新科学家》杂志网站报道，5月15日，根据丹-布朗畅销小说《天使与魔鬼》改编而成的同名影片将在全美公映。在这部影片中，制造出反物质的物理学家列奥纳多被人残忍地杀害，他研制出来的拥有巨大能量的“反物质”也同时被盗。失窃的反物质随时都有可能会发生爆炸，它的破坏力将足以毁灭整个地球。

反物质理论自提出以来一直显得极为神秘，这主要是因为人们在地球上很难发现反物质。当粒子与反粒子碰到一起时，就会像冰块遇上火球一样，要么是一起消失，要么是转变为其它的粒子。另外，科学家们如果想要在试验室中制造出反物质，不仅需要诸如超导对撞机(SSC)或者强子对撞机(LHC)之类的高科技装备，而且还需要耗费巨额资金。即使科学家们成功地制造出了反物质，如果对它们进行有效保存也将会一个难题。反物质究竟是一种什么样的物质，又会否如影片中所描述的那样毁灭整个地球呢？

1、反物质究竟在哪里？

标准理论预言，宇宙大爆炸的过程在产生物质的同时也会制造出同样数量的反物质，但为什么宇宙好象完全由物质组成，而看不到反物质呢？或者说为什么正物质占宇宙主导地位呢？现在主要有两个解释似乎可以回答这个问题。第一种解释是，物质与反物质在物理学方面的一些细微差别造成了早期宇宙中正物质的剩余。科学家们通过实验发现，K中介子转换成其反粒子的过程比相对的转换过程要常见、容易得多。第二种解释是，在宇宙诞生后的第一秒内，物质和反物质都没有被对方完全消灭，他们都在极力避免被对方捕获和吞噬。因此，在宇宙的某个空间，或许还潜伏着反物质，这些反物质还有可能已结合形成反恒星、反星系，甚至是反生命。

在2008年发表的一份学术论文中，德国马普研究所地外物理学家乔治-威登斯波恩特及其同事称，他们通过研究发现反物质是由中子星和黑洞撕裂恒星产生的。乔治-威登斯波恩特称，当一颗相对寻常的恒星在绕其旋转的黑洞或中子星的作用下分崩离析，科学家们称之为“低质量X射线双星”。研究人员们推算，这种“低质量X射线双星”可以每秒喷射出近10的41次方个正电子。这些正电子占了科学家们推断的反物质的很大一部分，从而极可能排除其它各种有关反物质的异说。乔治-威登斯波恩特说：“根据简单初步的统计，我们认为一半甚至可能所有的反物质都来源于X射线双星。”目前，科学家们已经见证了反物质的死亡，他们希望同样能看见反物质的诞生。

2、如何制造反物质？

欧洲粒子物理研究所的科学家们正在尝试制造相当数量的反物质。但是，制造反物质的难度在于，反物质一接触到现实世界的正物质就会立即消失。欧洲粒子物理研究所已启动两项实验ATRAP和ALPHA，他们的目标就是制造反氢。实验需要一个近乎完美的真空管。真空管一旦遇到气体的单纯原子，就会打开终端吸引反粒子。因此，必须还要有某种捕获反粒子的方法。这种捕获反粒子的方法并不是利用常规的容器，而是要利用电磁场的作用。2002年，欧洲粒子物理研究所已经成功隔离出反氢。

1979年，美国科学家把一个有60层楼高的巨大气球放到离地面35公里的高空，气球上载有一批十分灵敏的探测仪器，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，还在星际空间发现了反物质流。1998年的夏天，美国宇航局把阿尔法磁谱仪送上了太空。它的主要目标之一是寻找宇宙射线中的反原子核。如果相信宇宙中有等量的物质和反物质，那么在3000万光年之外应有大范围的反星系区存在。在那里，原始的宇宙射线应是由反质子和反粒子组成的。那里的部分宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域。由于星系际大部分地方很空旷，气体的密度约只有每立方米一个质子的质量。这样，放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。这就是阿尔法磁谱仪计划的基本原理。

如果阿尔法磁谱仪的观测证实了远处有巨大的反物质区存在，那么这肯定将会是一个里程碑式的发现。它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体，更重要的是它对物理学提出了严峻的挑战。在早期宇宙中，正反粒子必是混合的。按现有的物理理论，没有一种己知的作用力能使它们发生大范围的分离。因此，如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质，物理学将需要突破性的变化。宇宙高能射线是人类能获得的惟一来自太阳系以外的物质样本。长期以来，它一直是科学家探索宇宙奥秘的研究对象。自从宇宙大爆炸理论出现后，科学家又一直致力于从宇宙射线中找到猜想中的神秘的反物质。但迄今为止，科学家们都未能找到反物质的踪迹。

3、重力是否会同样作用于反物质？

对于所有正物质，重力的作用会使其向下落。那么对于反物质，是向下落还是向上飞？如果反物质的行为是完全不同的，它们是否会颠覆现有的物理学理论呢？欧洲粒子物理研究所启动了AEGIS实验试图找到这个答案。尽管实验设计方案很合理，但由于实际操作难度很大，实验并没有取得理想的结果。爱因斯坦的广义相对论告诉我们，重力对任何物质都是同等作用的；而标准模型理论也预言，物质与反物质实际上是平等的。因此，AEGIS实验发言人迈克尔-多瑟尔坚信，“重力对物质与反物质的作用没有差别。”

英国物理学家狄拉克此前提出电子有两种存在形式，除了有带负电荷的电子外，还有带正电荷的电子。这两种电荷恰好一正一反，带负电荷的电子叫正电子，带正电荷的电子叫反电子。长期以来，人们一直认为电子只有一种，所以对狄拉克的预言半信半疑。没想到两年以后狄拉克的预言得到了证实，美国物理学家安德森在实验室果然发现了反电子。后来人们陆续又发现了反质子、反中子等等各种各样的反粒子。于是科学家们设计好方案进行实验，并且终于在实验室得到了结构比较简单的反氘，这说明反物质的设想并不荒唐。反物质这东西很神秘的，只要一露面，立即就会与正物质结合，同时放出大量的能量。据说1908年中西伯利亚的通古斯大爆炸就是由于天外飞来一块由反物质组成的陨石，反物质与正物质通古斯河上空结合放出大量能量而造成的。

4、是否可以制造一个反世界？