缺少宇宙反物质的困惑问题缺少宇宙反物质的困惑问题

文章 (42) 2021-02-11 12:18:39

2020年11月发布的物理学论文探讨了对潜在宇宙进口问题的拟议答案。预计在宇宙中会发现大量的反物质,但我们没有发现。本文讨论了一个可能的位置。正如我们将看到的,该提议可能是错误的。但是,缺少反物质的问题是一个重要的问题,值得探索任何可能的解决方案。那么为什么缺乏反物质是一个问题呢?

爱因斯坦著名的E = mc 2可能是所有科学中最著名的方程式。最简单地说,它表示能量(E)等于(=)质量(m)乘以常数(c 2)。通俗地说,我们可以说能量可以转化为物质并再次返回。但是,该声明有些不完整。准确地说,能量可以转化为相等数量的物质和反物质。

反物质是普通物质的同胞,除具有相反电荷外,其他各方面都相同。而且,就像兄弟姐妹之间血腥一样,物质与反物质的结合将导致爆炸性的烟花爆竹,这意味着大量的能量释放。将物质电子与反物质电子结合,能量将以两条伽马射线的形式释放出来,这很容易被检测到。

而且过程是双向的。在适当条件下,高能形式的光可以转化为电子和反物质电子。近一个世纪以来,科学家们已经能够研究反物质的产生和an灭。理论和实验都吻合良好。

当这一过程应用于整个宇宙时,尤其是考虑到宇宙的诞生时,这一共识就变得微不足道了。宇宙起源的主要理论是宇宙大爆炸,即整个宇宙曾经被压缩到比原子小得多的体积。随着宇宙的膨胀,它开始时很小,又很热,充满了能量,然后演变为每次我们仰望夜空时看到的又大又凉的版本。

重要的是热阶段。在宇宙历史的早期,它充满了能量。根据爱因斯坦著名的方程式,能量应该已经等量转换为物质和反物质。随着宇宙的冷却和膨胀,其中的某些物质和反物质将重新结合并恢复能量。但是,无论重组多少,我们都应该在当前的宇宙中看到相等数量的物质和反物质。

但是我们没有。我们只看问题。这是为什么?

简短的答案是我们不确定100%地确定,但是目前最好的科学思想表明,在宇宙历史的早期-存在的第一秒之内-一种物理现象对物质的反作用略大于反物质。对于每30亿个反物质粒子,就有3,000,000,001个物质粒子。30亿人被歼灭,剩下的微小物质过剩继续使我们今天看到的恒星和星系成为可能。地球上正在进行正在进行的实验来研究这种现象,其中包括在费米实验室(Fermilab)建立的深地下中微子实验(DUNE)。(公开:我是费米实验室的科学家,但与DUNE没有任何联系。)

还有其他想法。一个普遍的想法是,星系是由物质或反物质构成的。从表面上看,这并不是那么可笑。只要反物质与物质隔离,反物质就和普通物质一样稳定。此外,您可以制造反物质原子,分子和复杂结构。使用公认的物理原理来拥有反物质的恒星,卫星和行星是完全合理的。而且,在正确的反物质星球上,您可能会有反物质,您可以在早晨跑步后喝反物质Gatorade来补充水分。从物理学的观点来看,所有这些都是完全可能的。

但是,我们知道这不是答案。有许多碰撞星系的例子,如果其中一半是物质而另一半是反物质,我们应该看到许多物质和反物质星系发生碰撞的例子。虽然碰撞星系中的恒星实际​​上很少会碰撞,但星系中的气体会混合。所有气体都是由原子组成的,原子包含电子(或反物质星系的反物质电子)。如果物质和反物质气体相互撞击,则物质和反物质电子将an灭并产生两条伽马射线,每条伽马射线具有特定的能量(511,000电子伏特),我们将能够看到该特定能量的伽马射线,别。

因此,我们可以肯定地确定那里没有反物质星系。而且,即使某种程度上的问题和反物质星系从未相撞,我们仍然会在反物质星系周围挂有反氢反物质云。当那朵云与星系间的氢相互作用时,我们会看到同一件事–带有非常特定能量的过量伽马射线。再说一次,我们没有看到。

现在,2020年11月发布的科学论文假设类似的内容。这表明在我们的银河系中可能包含反物质恒星的球状星团。球状星团包含几千到一百万颗恒星。它们被重力紧密地束缚在一起,并且往往比大多数恒星更老。此外,在集群内,通常很少有游离气体。

该文件建议在银河系中可能存在反物质球状星团。在这些球状星团中,反物质恒星将进入超新星,并将反氦射向星际空间。如果发生这种情况,抗氦气的运动将受到银河系磁场的影响,因此在地球上,我们会检测到抗氦气,但不知道其起源。而且我们确实从太空中发现了少量的宇宙射线中的抗氦气-实际上,这比从更普通的来源中所预测的要多。

另一方面,每个反物质的球状星团都有一个“太阳风”,它将“反物质”质子和电子发射到星际空间。如果发生这种情况,您可能希望看到电子和反物质电子an灭产生的特征性伽马射线,而我们看不到。

此外,即使存在反物质球状星团,也无法解决缺失的反物质之谜。银河系中有150至200个球状星团,其总质量不超过约1.5亿个太阳质量。整个银河系的质量约为3000亿太阳质量,是球状星团质量的一千倍。因此,这并不意味着在这些反物质恒星的球状星团中有足够的反物质。因此,这个猜想是不可能的。

尽管如此,即使有可能是错误的,也要接受创造性的问题总是很有趣。这是通过排除错误来推动科学发展的。而且,关于反物质的去向,我们还有一个非常有趣的问题。有科学上的不朽之身在等待那些发现这一点的人或一群人。

THE END

发表评论