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浩瀚宇宙中,有一个“反物质你”存在

2019年07月29日 00:34:00 浏览:47008次 来源:宇宙探索未解之谜 供稿

        英国著名物理学家狄拉克认为,完全有可能,有一个反物质构成的你,那个反你看上去和你的外观和行为都一模一样,有可能在浩瀚的宇宙某个地方,存在由反物质构成的恒星和行星,甚至生命。

        狄拉克的方程最后还有一个预言,它说物质和反物质千万不能相遇,如果相遇,它们将在纯粹能量的爆发中相互湮灭,物质与反物质的合并质量将完全转换成能量!

 

        这一切听起来像是科幻小说,反物质的概念也曾引起轩然大波。但事实上,反物质,特别是反电子,也称为正电子,现在经常在实验室里被制造出来。同时,正电粒子被用于精密的医学影像设备,比如PET扫描器(正电子放射断层扫描仪),该仪器可以透过我们的头骨清晰而准确的看见大脑结构。

        但是20世界20年代,物理学家一开都怀疑狄拉克的方程的正确性,甚至狄拉克也不太能相信自己的结果,反物质看起来如此荒谬!然后有利的证据出现了,肯定了狄拉克方程及其所有似非而是的推论,它来自最意想不到的地方:外层空间。

        1932年,物理学家卡尔-安德森就职于洛杉矶的加州理工学院,他作出了一项伟大的发现,他一直在研究宇宙射线,它们是不停轰击地球的高能亚原子粒子。为此,他使用一种名叫“云室”的装置,基本上由薄雾状水蒸气充斥着的器皿,那里显示了粒子穿过水蒸气的运动轨迹,如果加上磁场,运动轨迹则会向两边偏转,偏转的方向取决于离子所带的是正电还是负电。那也是观察粒子运动轨迹的方法之一。

 

        安德森发现那些粒子酷似电子,但偏转的方向却和电子相反,他发现了狄拉克预言中反物质的反电子。狄拉克方程式不同寻常的成就,它只用抽象的数学方法,就预测了反物质的存在,这是人类思想史上一个重要的里程碑。

        但是几年之后,首先是狄拉克然后是其他人感到他的新方程有着某种深长地意味,某种全新的自然本质,他们是对的,但是隐藏在狄拉克方程中的启示让最伟大的头脑用了三十年去揭示。

        狄拉克方程的问题是这样的,虽然它惊人的强大并导致反物质的发现,不过说到底它只能描述一个单一的电子,当有一个以上的电子时,就需要一个全新的理论来解释电子之间是如何相互作用的,那也是20世纪中叶最困难的问题,但当答案呈现在人们面前时,它带来出乎意料的启示。

 

        科学家费曼和他同时代的人从狄拉克那里接住了研究原子的接力棒,并发展出一套理论,使我们对原子的理解有如量子阶跃般向前一大步。正如先前的狄拉克反物质方程,新理论意在统一,他们想了解电子如何相互影响,换句话说,就是在电磁场下万物是怎样一起运动的,他们把这个统一的项目称作“量子电动力学”(QED),该研究是一项巨大的挑战,但最终的结果之宏伟不亚于任何人类所见过的最影响深远最精确的科学理论!

        例如,它证明电子的某种属性,称为磁矩,预测的数据与实验测量数据高度一致,这是理论和实验的完全吻合,其误差不到百亿分之一,达到了前所未有的水平,就像测量伦敦到纽约之间的距离而误差不会超过一个头发的厚度。

 

 

 

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