是否存在由反物質組成的宇宙?

宇宙中可見的物質,比如恆星、行星和人類,都是由物質構成。再往小的分,物質是由質子、電子和中子組成。但組成物質的粒子好像都是成對的,每創造一個電子,就會產生一個反物質正電子。每出現一個質子,就會出現一個反質子。我們的宇宙是由物質主宰的,那麼,會存在一個由反物質主導的宇宙嗎?反物質宇宙又是什麼樣的呢?

物質和反物質的基本區別是它們攜帶相反的電荷,例如,一個質子攜帶一個正電荷,而一個反質子攜帶一個負電荷;一個電子攜帶一個負電荷,而一個正電子(反電子)攜帶一個正電荷。有趣的是,電荷的符號是歷史的偶然結果。我們也可以賦予電子一個正電荷,賦予質子一個負電荷。無論選擇哪一種,宇宙都不會任何特殊之處。因此,很多人可能會認為反物質宇宙和我們現在所處的物質宇宙應該差不多。不過,物質和反物質還是有區別的。

其中一個主要的區別和中微子有關。中微子不攜帶任何電荷,所以如果電荷的符號是物質和反物質之間唯一的區別的話,反中微子和中微子就是完全一樣的。但是事實證明,它們是有所不同的。中微子有一種叫螺旋度的性質,這個性質描述了中微子在太空中穿梭時,是左旋還是右旋。中微子為左旋,而反中微子為右旋。這看起來似乎沒什麼大不了的,但在1956年,當華裔物理學家吳健雄研究鈷-60原子的放射性衰變時,她發現左旋和右旋的原子的衰變速率是不同的。由於在物質和反物質之間的手性是不同的,兩者可能會以不同的速率衰變,這可能就是我們為什麼在宇宙中看不到大量反物質的原因。

如果我們假設存在一個反物質宇宙,在它的大爆炸之後產生了很多反氫和反氦。當這些反物質聚集形成恆星之後,還會合成更重的反物質元素,並且還有可能產生一個反物質行星甚至是反物質生命。那麼,當這些生物仰望他們的夜空時會看到什麼呢?

根據推測,那裡應該看起來很像我們的夜空。最近,物理學家已經能夠在實驗室中製造出反氫原子,並且已經研究了反氫所產生的光譜。結果發現,反氫產生的光和氫產生的光是一樣的。因此,反物質恆星也會釋放出與我們的太陽一樣的光。就像月亮反射太陽光一樣,反物質星球也會反射光。顯然,由反物質組成的生命也會看到充滿恆星、星雲和行星的天空。

當然,所有的這些都是基於反物質會在引力作用下坍塌形成恆星的假說。物理學家認為這個假說應該會成立。不過,如果反物質也有反質量呢?如果反原子是引力相互排斥的呢?

在這種情況下,反物質宇宙永遠不會形成恆星或星系,反物質宇宙中只是充滿了反氫和反氦,沒有任何生命會抬頭仰望星空。不過,物理學家猜想反物質也具有普通的質量,但目前實驗室中沒能製造出足夠多的反物質用於測試,所以現在還無法確定。

總之,反物質宇宙很有可能看起來與我們的宇宙一樣是完全一樣的。不過,反物質宇宙中也有可能除了暗冷的氣體雲之外什麼都沒有。甚至有可能是反物質的放射性衰變與物質存在巨大的不同,以至於反物質的宇宙甚至都不存在。


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