我们的宇宙由物质构成,而与物质相对的则是反物质。
大概在138亿年以前,随着一声巨响,时间与空间陡然而生,由能量转化而来的物质与反物质向外喷涌,只在转瞬之后,它们便相互湮灭重新化为了能量。如此看来,一切似乎很快就会重归宁静,但意外出现了,物质比反物质多了十亿分之二,于是这多出来的一点点物质就留存了下来,进而组成了天体万物,才有了我们现在所见的宇宙。我们生活在由物质组成的世界,为何会知晓100多亿年前在宇宙中昙花一现的反物质呢?
最早通过理论推导预言反物质存在的人是英国理论物理学家狄拉克,1930年狄拉克正式预言了正电子的存在。
我们知道电子都是带有负电的,而带有正电的正电子自然就是反电子了。在狄拉克作出预言的两年之后,也就是1932年,安德森就在宇宙射线中发现了正电子的存在,不过安德森并没有意识到那就是正电子,他一直以为自己发现的是介子。又过了一年,1933年,约里奥居里夫妇做了一个实验,他们用光能轰击原子核,从而得到了电子和正电子。
这是人类第一次制造出反物质,同时还证明了物质与反物质总是成对出现的,而第一个制造出反物质的约里奥居里夫妇就是居里夫人的女儿和女婿。
那么,到底什么是反物质呢?简单来讲,反物质就是由反粒子构成的物质。比如前面提到的电子,它的反物质就是正电子。当然,并不是所有的粒子都带电,中子就没有电荷,所以反中子同样也没有电荷,我们知道中子是由夸克构成的,因而反中子自然就是由反夸克构成的。
夸克可以组成中子,中子、质子再加上电子,可以组成原子,原子又可以合成分子,而分子又可以构成各种各样的宏观物质,比如水、空气等等。
同样的,反原子也可以合成反分子,反分子也可以构成各种各样的宏观反物质,比如反水、反空气等等。当然,这只是在理论上,现实中因为反物质与物质相遇就会相互湮灭化为能量,所以保存反物质是很难的,就更不用说将大量的反粒子保留下来合成宏观反物质了。此外,物质与反物质的相互湮灭是非常彻底的,也就是说二者的全部质量都会转化为能量。
根据质能方程可知,能量等于质量乘以光速的平方,所以只需要微小的质量就可以转化成极为巨大的能量。
平日所见的化学反应几乎没有质量损失,而核反应也只能将很小的一部分质量转化为能量,比如投放在广岛的“小男孩”实际上只出现了约1克的质量亏损,就产生了如此摧枯拉朽的威力。而物质与反物质的湮灭则可以将全部的质量转化为能量,威力可想而知,如果真要是制造出了很多,一旦保存出现纰漏,所产生的后果一定是毁灭性的。
现在我们已经对反物质的性质有所了解了,那么你一定会产生一个疑问:我们的世界为什么能够存在呢?
这是一个困扰科学家们至今的谜题。物质与反物质相遇会发生湮灭,重新转化为能量,而物质与反物质总是成对出现,也就是说它们在产生的一瞬间就会消失,如此看来,宇宙应该是空无一物的,甚至连宇宙本身都不应该存在,可令人费解的是宇宙中的物质比反物质多出了十亿分之二,正是这一点点的物质构成了宇宙中的一切,也包括你和我。