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我國古代的太極圖似乎暗示了反物質的存在,但它究竟存在不存在呢?
反物質：一個奇異的話題
2002年6月31日，一個科學界關注的日子。東南大學與諾
從哲學角度來講，這個問題很容易回答。我國古代的太極圖似乎也暗示了它的存在，部分天文學家也認為有存在的可能，但
目前，由丁肇中主持的這項研究已有16個國家的科學家參與其中，投入的資金更是高達1000多億美元。許多科學家表示：只要能發(fā)現(xiàn)宇宙反物質的存在，那么這將是當之無愧的諾貝爾獎。該探測器將于2005年發(fā)射升空并永久停留在太空，東南大學還將建立一個數(shù)據(jù)接收分析中心和培訓中心作為配套項目。丁肇中認為，如果反物質確實存在，當正物質與反物質碰撞時可以產(chǎn)生巨大的能量。他現(xiàn)在所主持的“尋找宇宙中的暗物質和反物質”的研究已進行多年，目前已取得一些重要成果。“但是，從這一領域發(fā)展的歷史來看，人們要有思想準備，也許我們會發(fā)現(xiàn)意想不到的東西，與原先想研究的東西毫無關系?！倍≌刂泻苌髦氐乇硎?。
從拉普拉斯大預言談起
天體有巨大的引力，在巨大的引力作用下，會發(fā)生各類反應，并發(fā)光發(fā)熱。物極必反，拉普拉斯（P?S?Laplace）曾經(jīng)大膽預言：宇宙中最大的天體有可能是看不見的。當引力隨質量增大時，天體會變成一個一無所有的區(qū)域，既不發(fā)熱，也不發(fā)光，現(xiàn)在我們稱之為“黑洞”（Black Hole）。因此宇宙更多的是由不可見的暗物質或反物質組成，我們?nèi)庋酆吞煳膬x器所能“看”到的只是以恒星或以星系形式存在的宇宙結構，這些物質只占宇宙總體的10％，90％的物質是以暗物質或其他結構形式存在。顯而易見，對可見物質的巨大引力的存在表明了暗物質或反物質的存在。可是我們用光無法探測到，用紅外線、紫外線和X光都無法探覓到它們的足跡。
同樣的，對應著現(xiàn)存的星系結構體系，有由相反的反宇宙結構體系存在嗎？其實早在1898年，一位英國物理學家就提出：與物質存在一樣，有一個鏡像對應的反物質存在。受當時科學水平和試驗條件的限制，這個反物質概念沒有一點事實依據(jù)，因此在宇宙深處存在由反物質組成的宇宙恒星云只能屬于純粹意義上的假說。
1997年科學家宣布發(fā)現(xiàn)了“銀心反物質噴泉”極大地震撼了整個物理學界，使科學家們尋找反物質的熱情一下子高漲起來。
1998年6月3日，由丁肇中教授發(fā)起的帶有全球意義的尋找宇宙反物質事件，使得這一領域一度成為全球科學家最為關注的焦點。
制造反物質
1928年，英國年輕的物理學家，諾貝爾獎獲得者狄拉克（P?A?M?Dirac）首次預言存在反粒子。1932年，美國科學家卡爾?安德孫（C?D?Anderson）等在云霧室里研究宇宙現(xiàn)象過程中發(fā)現(xiàn)了反電子，并將其正式命名為“正電子”，狄拉克的預言得到科學實驗的證實。
狄拉克還預言了其它反粒子的存在。物理學家已先后制造出多種反粒子和反原子核。例如：1955年美國加利福尼亞州立大學伯克萊分校的物理學家張伯倫（O?Chamberlain），使用高能質子同步穩(wěn)定加速器，用高能質子去轟擊銅，結果便制造出了反質子。接著第二年發(fā)現(xiàn)了反中子，稍后又有反中微子、反介子、反超子……，其中反西格馬超子是我國科學家王淦昌在10吉電子伏同步穩(wěn)相質子加速器上發(fā)現(xiàn)的。
有反粒子必然有反物質，但制造反物質并非易事。事實上，直到1996年初，人類才在日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心（CERN）首次成功制造一種反物質---9個反氫原子。事隔一年，美國費米(Fermi)加速實驗室也成功制造了7個反氫原子……高能物理的發(fā)現(xiàn)激勵著更多的科學家從事這項重要的基礎研究。
目前科學家們制造的反物質雖然不是很多，存在時間還不到400億分之一秒，但是科學家們已經(jīng)見到了曙光。如果反氫原子是氫原子的鏡像的話，宇宙中就有可能存在反物質天體，雖然它的光譜和普通星系的光譜一樣，令我們無法區(qū)分它們。自然地，茫茫宇海成為科學家尋找反物質的理想場所。
奇妙的反物質世界
愛因斯坦早年可能也意識到了反物質的存在，從他的研究中我們會發(fā)現(xiàn)一些蛛絲馬跡。他曾建立了一個物質總能公式：E=√C2P2±M2C2
根據(jù)這個公式推算，物質的總能量有正負兩個值，這意味著，世界上存在負物質。我們更關心的是，有反物質世界存在嗎?這不禁會使人
1943年12月，美國海軍在費城進行了一項秘密實驗(The Philadelphia Experiment)，試驗成功地將以艘驅逐艦及全體船員投入到另一空間。在實驗過程中，實驗人員啟動脈沖和非脈沖器，使船只周圍形成了一個巨大的磁場。隨后整條船被強磁場所產(chǎn)生的綠色煙霧包圍著，船只和船員也開始從人們的視線中消失。軍方在停止實驗后，卻驚奇地發(fā)現(xiàn)他們的驅逐艦在眨眼之間已經(jīng)駛到了遠在470公里開外的諾?？耍∟orfolk）碼頭。這個實驗令很多科學家目瞪口呆。相傳，此后一些船員身上仍留有實驗的反應，不論在家里，在街上，在酒吧間或飯店里，都會突然地消失又重現(xiàn)，讓旁觀者驚訝不已。
參與這項實驗的吉索普（Morris K?Jessup）
費城實驗的進行在科學上具有深遠的意義，它不僅證實了自然界中的確有另外的空間存在，同時也表明了將人類及裝備暫時投入另一空間的可行性。
可是要是我們找到了反物質世界，并且走了進去，那才真正發(fā)現(xiàn)一個奇妙的世界呢。所有的物理定律都要翻個個兒，正如科幻小說家描寫的那樣，在反物質世界里，力的作用恰好相反，你如想扣起反物質物體，就得把物體向下按；反物質做成的釘子，先要對準墻向外拔它，它才會鉆進墻里。我們的基礎理論仿佛在一夜間就變了個樣，誰也不敢想像在這樣的世界里究竟會發(fā)生什么或者正在發(fā)生什么。
反物質引發(fā)的大爆炸
由于反物質與物質是水火不相容的，一旦它們相遇，兩者便很快消失，同時釋放出巨大的能量和比普通可見光強約25萬倍的伽瑪射線。這就為那些研究地球上神秘大爆炸的西方科學家找到了借口。
1908年6月30日凌晨7時17分，在西伯利亞通古斯發(fā)生了一起相當于數(shù)百顆原子彈當量的爆炸，其規(guī)模之壯觀使得遠在倫敦的人連續(xù)兩個晚上能夠看到北部天空所呈現(xiàn)的紅色，盡管科學家分別在1921年、1927年和1929年對該地區(qū)進行了多學科的聯(lián)合考察，但令人失望的是，該地區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)任何隕石和其它墜落體的殘片。
1979年9月22日，美國的軍用衛(wèi)星“貝拉號”在非洲西南
最近的一次發(fā)生在1984年4月29日夜間，荷蘭航空公司的868班機在22時30分，日本航空公司第36次航班在23時15分左右，都在途中發(fā)現(xiàn)了神秘的蘑菇云，并且還伴隨著強烈的白光。同一條航線上另外兩架航班也目睹了這神秘的一幕。可是衛(wèi)星云圖則說明天氣情況良好。更不可思議的是，調查表明爆炸空域受到了明顯的放射污染。
所有這一切，一些科學家都把它歸結為反物質爆炸，在未找到宇宙反物質之前，誰也無法找到反駁他們的理由。
黑洞與反物質通道
根據(jù)廣義相對論引力場方程推出：宇宙中的黑洞是連接兩個分離時空區(qū)的隧道，假如反物質世界處于另一時空，那么黑洞就可能是反物質世界的通道。但對于黑洞內(nèi)部我們?nèi)匀灰粺o所知，確切地說，黑洞內(nèi)部就是一個反物質世界，而遠非“黑洞無毛理論”(No Hair Theorem)所說的那么簡單。
有人把反物質世界和物質世界關系用一張紙條來加以證明。取一張小紙條，完好地把兩頭粘連起來，試想，如果有一只螞蟻在外表爬行，它怎樣才能進入另一面呢?有兩個辦法：一是爬過紙帶邊緣；一是在紙帶上打個洞。可是如果我們把紙帶的一頭旋轉180°再粘連上，紙帶的兩面就變成了一面，螞蟻只要在紙帶上爬行就可以隨意地出入紙帶內(nèi)外。如果宇宙是一個整體，我們只要進入黑洞，就可以進入反物質世界?？墒侵两?，我們還從未聽人說起曾到黑洞旅游過。
發(fā)現(xiàn)銀心“反物質噴泉”
相信宇宙大爆炸(Big Bang)學說的科學家認為在宇宙產(chǎn)生之初會產(chǎn)生反物質，根據(jù)反粒子存在的事實，科學家們設想既然正反粒子是一一對應的，那么宏觀宇宙世界里正反粒子應該是相等的存在才合乎情理。因為150億年前的大爆炸產(chǎn)生了今天的宇宙，那次“原始大爆炸”將純能量“分裂”為物質和反物質。
1991年4月，美國航空航天局的“亞特蘭蒂斯”號航天飛機升空，將重達17噸的巨型高能Computon(康普頓)伽瑪射線天文臺送入太空軌道，為人類尋找宇宙反物質開創(chuàng)了新紀元。
基于觀測結果，美國的一些著名大學和實驗室普遍公認在銀河系中心可能存在黑洞，這種推測的一個重要依據(jù)就是銀河系中心的一個X和r射線源。1996年12月2日，美國大學太空研究協(xié)會的科學家克來莎、口維列奧圖和她的同事通過分析來自該衛(wèi)星的數(shù)據(jù)再次證實了這一發(fā)現(xiàn)。
觀測數(shù)據(jù)表明該輻射源不僅可以發(fā)出高能X射線和低能r射線，而且這個輻射源呈現(xiàn)頻繁爆發(fā)狀態(tài)，且有不停減弱趨勢。這一天體為什么會發(fā)出r射線的原因雖然不清楚，但是科學家們猜想它可能與反物質和物質的“湮滅”有關。
后來，中外科學家用不同的方法繪出了射線分布的圖像，表明銀河系中心存在“反物質噴泉”，這不僅使天體物理學家改變了過去他們認為銀河系形狀為盤形的觀點，而且更為重要的是，它提供了研究銀河系和其它星系及到整個宇宙形成和演化等基本進程的新視角；它也是人類探索大自然的一個重要的里程碑，標志著反物質的探索向前邁進了一大步。
2000年6月4日，康普頓伽瑪射線天文衛(wèi)星因陀螺儀故障而被科學家實施了“安樂死”，墜毀在
反物質探測一波三折
因為信奉大爆炸理論，所以丁肇中成了尋找宇宙反物質的最堅定的倡導者與支持者。丁肇中說，對反物質的研究是基于宇宙是由大爆炸來的理論，運用阿爾法磁譜儀就是為了尋找由反物質組成的宇宙。由于物質和反物質在大氣中互相湮滅，在地面上無法觀察到，所以必須將儀器送上外太空。
1983年，丁肇中在中國科學院見到了一種很先進的磁體，首次萌發(fā)了把永久磁鐵放入太空進行反物質實驗的想法。
1995年11月丁肇中在北京與中國航天總公司總經(jīng)理劉紀原商討研制和發(fā)射探索反物質的實驗裝置。丁肇中還把這一想法同時提交給美國有關部門，美國航空航天局在論證后很快與丁肇中教授簽訂了合同。在丁肇中的主持與努力下，該計劃逐漸演變成得到美國、中國、俄羅斯、英國、芬蘭、日本等十六個國家和地區(qū)37個科研機構參加的大型國際空間合作項目。它的科學使命是尋找宇宙中的反物質和暗物質，并對宇宙中各種同位素的相對精度和高能子光子進行精確的測量。
1998年6月3日由中美等國家共同研制的“阿爾法磁譜儀”在美國肯尼迪航天中心由“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機送入太空。美國方面還把國防部原訂的“發(fā)現(xiàn)號”衛(wèi)星座位換給了重達3.5噸的反物質實驗裝置。AMS—01型太空探測器在“發(fā)現(xiàn)號” 航天飛機上進行了兩周的試驗，探測到了許多未知粒子，引起全球科學家的極大興趣。但是，搜索反物質的試驗尚無結果。此后又發(fā)射了AMS—02型探測器，但在尋找宇宙反物質方面仍然沒有取得進展。
AMS—03型太空探測器將于2005年再次由航天飛機運送上天，并長期放置在國際空間站里。這將是第一個在國際空間站中進行的科學試驗，而且很可能是未來相當長一段時間里，唯一一個在該空間站里進行的科學試驗。
丁肇中透露，再次上天的阿爾法磁譜儀中，原來的核心部件永磁體將由超導磁鐵代替，這將大大提高儀器的探測能力。超導技術運用于空間實驗是高科技發(fā)展的新體現(xiàn)，不久以前，這還被認為是不可能的。
從1998年發(fā)射第一個探測裝置起，一些必須的設備已被送到距離地球460公里太空進行組裝，目前部分設備已經(jīng)發(fā)射和安裝到位?！皩脮r空間站將成為除了月亮和水星之外，晚上可以用肉眼看見的最亮的東西?！倍≌刂姓f，“它對物理學以及對整個自然科學和人類社會的影響也是不言而喻的?！?
中外科學家們期待著能用AMS—03來回答反物質這個極富挑戰(zhàn)性的話題。
神秘粒子是反物質嗎？
2000年5月1日，意大利和中國的一個科學研究小組經(jīng)過8年的實驗，宣布發(fā)現(xiàn)了一種可以穿越人腦、大地、墻壁……穿越任何物質而不留痕跡的神秘物質，并公布了實驗結果，引起了學術界的轟動。
實驗的初步結果是，這種物質粒子偶爾碰撞碘化鈉晶體中的原子核時發(fā)出的微弱光線，并據(jù)此推算這種物質很重，他的粒子重量至少是質子的50倍。美國南卡來羅納大學的物理學家弗蘭克說，它是人們尋找已久的反物質嗎？如果這一發(fā)現(xiàn)屬實，無疑是具有諾
這種神秘物質的存在非常有力地支持宇宙大爆炸理論——所有星星正在離我們遠去，原因是宇宙正在爆炸的狀態(tài)中。此外它還支持了超對稱粒子模型——物質有“陰陽兩界”，而且兩界中的物質一一對應，我們已知的世界是由正物質組成的，但是還有與它對應的反物質。
這個研究小組的中方首席科學家戴長江研究員說，當不明物質的粒子穿過這種晶體上億次時，會偶爾有一兩個粒子與組成晶體的原子核發(fā)生碰撞，然后會發(fā)出微弱的光線。通過光電倍增管的轉換，光信號被轉換成電信號并被擴大，它的波形就能在儀器上看到了。
從這個實驗公布至今，還沒有哪一位科學家宣稱重復了這個實驗，因而這種神秘粒子又將成為科學史上的一樁懸案。
類星體能量來源之謎
在宇宙中有一種奇怪的天體叫做類星體，它釋放的能量高達1045爾格/秒，比銀河系所有恒星釋放的總能量還要多得多，但它的體積卻很小(直徑不到1光年)。打個比方，假如在銀心有一個類星體，那么地球則早在它的烈焰中化為灰燼了。目前我們知道恒星的能量來源是氫核反應，可是什么樣的反應才能像類星體那樣劇烈呢，這唯一的解釋是反物質的湮滅反應。
熱衷于反物質的科學家不僅認為反物質是人類的最終能源，而且還認為反物質是宇宙航行最理想的燃料。因為在漫長的宇宙飛行中，宇宙飛行器有限的燃料艙中，難以儲存數(shù)量巨大的常規(guī)燃料，但只要有針尖一點兒反物質，其能量就可以把宇宙飛船送上火星。
宇宙的起源與反物質
我們探討自身起源的同時也在探討宇宙的起源。反物質將會為宇宙起源提供什么樣的線索，我們不知道。我們只知道，宇宙是無中生有，“無”是否就是真空，我們也不知道。真空又是什么，真空是沒有物質的“態(tài)”，但真空仍然有作用，這種作用是通過虛粒子對的產(chǎn)生和湮滅而表現(xiàn)的，我們稱之為“真空漲落”。
諾貝爾獎獲得者，世界著名物理學家李政道猜測：如果真空可以被激發(fā)，發(fā)生像原始大爆炸一樣的作用，我們就可以通過激發(fā)真空來研究反物質的產(chǎn)生和消失。所以從某種程度上說，宇宙、真空和反物質是有其統(tǒng)一的一面的。李政道還認為，相對論性凝聚態(tài)的真空漲落中可能存在磁單極子和反磁單極子。
結束語
人類社會發(fā)展到今天，我們決不可以說我們已經(jīng)懂得了許多，我們貧乏的知識使得自稱為大師的科學家們在大自然面前相形見絀。也許對反物質的研究將引發(fā)人類歷史上一場最偉大的思想變革運動。我們希望反物質存在，并不是說反物質一定存在。盡管“銀心反物質噴泉”是對“現(xiàn)象”的認識，而不是對反物質存在的證明，但至少我們得坦承：神話永遠不可能成為科學，但科學有時聽起來就像神話。(胡茂軍)
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