反物質為何那么少

中國古代的《易經》把世界的形成歸結為“陰陽”，認為陰陽二氣演化并操縱著世間萬物。這個遠古的理論當然只是我們祖先的想象，不過卻和當今的粒子研究有一點契合。如果我們把組成我們的物質看成“陽”的話，那么反物質就可以稱作“陰”了。理論上講，世界上的一切都是相對稱的，有組成世界的物質，就有與之相反的反物質存在。根據大爆炸理論，宇宙誕生之初，應該產生出同等量的粒子和反粒子，正物質和反物質，今天，反物質只能在宇宙射線和質子加速器中才能找到。那么那些反物質都到哪里去了呢?

為了解釋反物質稀缺之謎，科學家提出了幾個假說。

反物質躲在宇宙深處

當一個粒子與它的反粒子相遇時，就會發生湮沒，在相互湮沒的過程中，正負電荷抵消了，不過并不是說兩個粒子會同歸于盡，什么也不留下。粒子和反粒子具有相同的質量，這兩份質量是不會因為湮沒而消失的。質量其實是能量的一種形式，在湮沒的過程中，它是可以改變自己的表現形式的。

顯然，地球和我們一樣，都是正物質。月亮呢?既然美國阿波羅號上的宇航員能夠登上月球而安然無恙，那么月球也是由正物質組成的。太陽雖然讓人畏懼，無法登陸，但是太陽會利用太陽風影響周圍的空間，它向外散射一些帶電粒子流。太陽風顯然是正物質組成的，否則我們的地球就會被它侵蝕掉。因此，太陽也是由正物質組成的。可以這樣說，我們的太陽系是正物質統治的國度。

正物質與反物質不共戴天，因此假如有反物質穿越宇宙空間要拜訪我們的地球，會發生什么事情呢?它將穿越這個國度，幾乎不可避免地要遭遇到某個“反反物質”即正物質的熱烈擁抱。于是，這個反物質將改變自己的性質，很可能變成不帶電荷的粒子，或者成為一縷射線，這都是我們人類可以觀察到的形式。可是，我們怎么知道這些粒子或射線的前身是天外來客反物質呢?

根據上面的考慮，一些人認為，反物質是存在的，反物質形成的星系也該存在，只是對我們來說，實在是難以觀察。它們也許躲藏在遙遠的宇宙深處，偶爾派遣過來的“觀光團”在路途中就遭遇了湮沒。這些物質都是我們目前無法直接觀察到的，它們躲在宇宙深處，自己組成了反物質的樂園。

一些思想更開放的科學家認為，我們不用擔心有一天反物質會襲擊我們的星系，因為它們根本就不和我們處于同一個宇宙中！

1933年，那個預言了反粒子的狄拉克在諾貝爾獎頒獎儀式上發表的演說中稱，他相信存在一個“反物質”構成的宇宙。之后，一些物理學家提出了“反物質宇宙模型”學說，他們認為原始宇宙由一半正物質和一半反物質構成，隨著宇宙的膨脹，宇宙中的正、反物質彼此分開并各自聚集為以正物質為主和以反物質為主的團塊，在正、反物質交界處，由于正、反物質湮沒而產生巨大輻射壓，從而把正物質區域與反物質區域分隔開來，形成了彼此孤立的宇宙，兩個宇宙被“宇宙地平線”分隔開，因而不能相互觀測到。

像我們安心地生活在正物質宇宙中一樣，很可能也有人居住在反物質宇宙中，他們自身由反物質組成，如反質子、反中子、正電子等等，他們周圍的世界，是由反物質統治的，只有極少的正物質存在。不過，他們是不會把自己定義為“反人類”的，在他們看來，我們的宇宙才是反的，而他們是正的。

正、反物質不均衡

長期以來，人們認為粒子世界中，如果一個世界完全由反物質組成，那么在性質上應該和完全由正物質組成的世界一樣，它們之間存在著三個基本的變換守恒：一個是粒子和反粒子互換的正反粒子變換，一個是空間三個坐標軸都反向的空間(鏡像)反射變換一個是時間反演變換(把時間顛倒)。也就是說，如果我們把我們的正粒子形成的世界完全替換為反粒子，在性質上這個反物質世界是完全等價的，我們看不出有什么差異。

物理學家長期認為這三個變換守恒和能量、動量等的守恒定律一樣，都是粒子物理學中的基本定律。后來人們發現，這只是我們從宏觀世界中得到的“偏見”。在1956年前后，華裔物理學家李政道和楊振寧就提出，在微觀世界中，空間鏡像變換是不守恒的。很快，科學家們發現正反粒子變換也不都是守恒的，宇宙并不平衡。

此后的研究相繼發現，粒子和反粒子之間確實存在著細微的差別。比如在2001年，物理學家通過讓電子束和正電子束相碰撞，產生出了大量的重子和它的反粒子，比如B介子和反B介子。反謂重子，是指那些質子、中子和比它們還重的基本粒子。這些產生出的粒子和反粒子都十分短命，迅速轉化為其他更輕的亞原子粒子，比如K介子等。

如果物質和反物質沒有區別，B介子和反B介子就會顯示出相同的衰變模式。然而，科學家發現，這兩種粒子顯示了不同的衰變狀況。通過對2億對B介子和反B介子的研究，科學家發現了物質和反物質的不對稱現象。他們發現了910例B介子轉變為一個K介子和一個其他的介子，但是在反B介子中，只發現了696例。

不要小看這個細微的差別，在宇宙大爆炸的時候，正物質和反物質也許就是因為這一點點的細微不同，而在數量上出現了不同，不斷產生的正物質恰好比反物質多那么一點點，于是在“陰陽大搏斗”之后，反物質被消滅掉，而正物質保留了下來。整個宇宙于是由正粒子統治著，偶爾有極少量的反粒子由于不明原因出現，也很快被鎮壓，尸骨無存。

但是我們的宇宙為什么會喜歡正物質，討厭反物質，依然是個沒有解決的難題。

[責任編輯]蒲 暉