四、我们能利用反物质吗
在1898年,英国的一位物理学家就提出了所有物质都存在镜像的理论,也就是反物质。那么对现有的天体和星系来说,有与之相反的镜像宇宙吗?受限于当时的科技水平,这个理论无法得到有效的验证,也没有任何实验观测依据。所以,宇宙中存在与现在的星系对应的反物质星系成了一个假说,只停留在理论层面上。
到了1997年,一些科学家宣布在银河系中心的上方发现了一个反物质喷泉。这一发现在整个物理学界造成了强烈的震动,科学家们再次燃起了寻找反物质的热情。
1998年,华裔物理学家丁肇中在全球范围内发起了寻找反物质的号召,让反物质研究领域再次成了全世界科学家们关注的对象。尽管很多科学家都认为反物质在自然界中是真实存在的,但是却无法给出确实的证据。同时,也有很多科学家对反物质理论不以为然,美国科学家施拉姆就是其中之一。他表示,很多人凭直觉认定反物质并不存在,所以如果能够发现反物质,这将会是一个伟大的成果,它能够证明那些不相信这一理论的人是错的;但是还有一种最大的可能,那就是根本就找不到。
丁肇中认为,如果宇宙中真的存在反物质,那么这些反物质与普通物质相撞时,将会释放出巨大的能量。他发起的寻找反物质与暗物质的行动已经开展了很多年,并且取得了一系列研究成果。但是他依然表现得十分谨慎。他曾表示,以历史的发展历程来看,人们需要做好准备面对一些出乎意料的事情。可能我们目前的所有发现,与想要研究的事情完全没有关系。
德国的一位地外物理学家乔治·维登斯波恩特和他的团队举行发布会,宣布他们有了一项新的研究成果。维登斯波恩特在发布会上说,如果一颗普通恒星在它的引力核心作用下被撕成两半,就会被称为低质量X射线双星。科学家们经过计算,认为这样的低质量X射线双星每秒钟能够向宇宙空间释放1041个正电子。
在科学家们此前预测的反物质中,这些正电子所占的比重很大,所以基本能够否定其他的关于反物质的不同理论。维登斯波恩特表示,在经过初步统计之后,他的团队认为,反物质的一半甚至全部都来自X射线双星。科学家们已经见到过反物质的消亡,现在他们渴望能够见证反物质的“出生”。

还有一位名为斯奇纳的科学家也参加了这项研究,他认为,尽管目前我们无法确定是因为先有黑洞才产生了中子星与其他物质,还是因为先出现了中子星,后来才产生了黑洞,但是关于二者的讨论是十分有趣的事情。而且我们现在无法准确地判断出哪个X射线双星中包含的是黑洞,哪个包含的又是中子星。
反物质能够在普通的物质中产生,这说明我们周围就存在反物质。这些反物质可能存在于很多粒子之中。一种当今流行的夸克理论说,一个夸克和一个反夸克组成的束缚态形成了一个介子,夸克无法单独存在,只能存在于其他粒子内部。有很多科学家对夸克理论不以为然,认为自然界中不存在真实的夸克。但是因为很多实验结果都符合夸克理论做出的预言,所以在相当一部分科学家中,这一理论十分流行。
反物质粒子和普通粒子相遇时,会马上与粒子发生湮灭现象,并且立刻消失,同时生成能量,那就是γ射线。科学家们曾经设想过各种原因,来解释为什么人类观测到的宇宙中物质占绝大多数,是否存在一个由反物质组成的世界,以及对反物质怎样加以利用等问题。根据科学家们的推测,在宇宙形成的早期,物质和反物质曾经共存,后来反物质出现了衰减,才逐渐形成了如今的不对称现象。
维登斯波恩特认为,所有的基本粒子都存在与自己对应的反粒子。反粒子与粒子的结构完全相同,只是具有的电荷是相反的。因为电荷相反,所以它们具有完全相反的性质。因为我们生活的空间的主要成分是普通物质,所以即使反物质出现在我们身边,存在的时间也是以微秒计算的。所以在实验室环境中制造出的反物质粒子停留时间都很短,科学家想方设法延长它们停留的时间。