反物质是什么,宇宙真的有反物质吗

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今实验上已知的“基本粒子”约有 300 多种，科学家们认为其中一些可能更“基本”、未发现的粒子数目还会有很多。但不管是已发现的或是理论上预言的粒子，也不管它们多么“基本”，有一个共同的特点是：每一种粒子都有一种相应的反粒子。粒子和反粒子的质量相等，而其他一些性质（如电荷等）却正好相反。也有少数粒子的反粒子就是自身（如光子）。在比原子更小的基本粒子尺度上粒子和反粒子是高度对称的，即它们总是形影不离，缺一不可。在高能加速器里它们也总是共同产生，机会均等。但一旦大于这个尺度，情况就大不相同了。在我们的周围，电子、质子、中子等“正”粒子构成了“正”原子构成了正原子，而“正”原子构成了地球、太阳系直到银河系内的一切物冲些物质其实应更恰当地称为“正”物质。

虽然原则上也应存在由正电子、反电子和反质子等“反”粒“子组成的“反”物质，但是它们毫无踪影。这就出现了一种强烈的不对称性。这种情形和物理学中其他一些最基本的问题十分相似。例如时间，在微观世界里时间的过去和将来基本上是对称的。而在宏观世界里时间却总是向前流逝。这也是一种强烈的不对称性。既然尺度似乎和不对称性相关，让我们向更大的尺度延伸来看看情况如何。如果在更大尺度上物质和反物质对称地存在，那么我们周围世界的不对称性只是一种局部不均匀性，问题可能比较简单。然而银河系以外的星系究竟是由物质还是反物质组成目前无法判断。

这是因为我们对遥远星系的知识完全来源于从这些星系来的光子，而光子的反粒子正好是它本身，因此即使星系完全由反物质组成，它们的光学性质还是与由物质组成的星系完全一样：如果将来能接受到星系的其他信息（如中微子），那么区别还是可能的。由于粒子和反粒子一旦相遇就要发生强烈的反应正反粒子将“湮灭”，同时放出高能量的光子 ― Y 光子。即使反物质星系存在，它与物质星系之间必须由真空隔开，否则就要发生强烈的湮灭反应。

现在已发现不少星系有或多或少的物理联系，但却从未发现有表明正反粒子湮灭反应的 Y 光子辐射。据此，至少目前认为宇宙中的物质远多于反物质。为什么反物质会这么少呢？一种解释认为．宇宙诞生时物质多于反物质的状况就已形成。这当然也不失为一种解释解决问题的责任推卸给更神秘的宇宙诞生。前些年，科学家把大爆炸宇宙学理论和基本粒子的大统一理论结合在一起，试图提供另一种答案。在宇宙诞生的最初一刹那，宇宙的温度极高，物质都以基本粒子的状态存在．且有强烈的相互作用。在大爆炸后10-35秒以后，温度降低，极高能粒子X（l - 1014兆电子伏)不再产生，却向较低能量的重子衰变。粗略的说，重子是指质量和质子、中子差不多或更重的粒子。X粒子和它的反粒子衰变成重子的过程是不对称的。当它们随着温度的降低几乎完全衰变成重子时，产生了重子和反重子的比例为 1000000001 : 1000000000的微小不对称性。

此后，重子和反重子以 1 : 1的比例湮灭，只剩下每十亿正反重子对中惟一多余的重子, 正是这些多余的重子组成了我们现在所看的宇宙中绝大部分物质，根据现在宇宙中存在的物质推算，这种多余的重子数目大约为10 78个。一些从事实际观测的科学家对这种高度自由和过多的臆测不满意，这些科学家就曾说过，对粒子物理的研究，实验所能加上的约束少了一点。宇宙中反物质为什么这么少，其答案，目前还隐藏在扑朔迷离的浓雾之中，也许我们还要等待许多年后才能得到它的确凿答案，但是可以相信，经过不断探索，宇宙中反物质少的真面目终究会出现在人们的面前。