星系自轉(zhuǎn)與神秘的反物質(zhì)

■ 克拉克·莫斯科維茨

一項(xiàng)新的研究表明，宇宙中物質(zhì)多于反物質(zhì)這一令人費(fèi)解的現(xiàn)象或許與銀河系自轉(zhuǎn)引起的離奇的時(shí)空延伸有關(guān)。

反物質(zhì)是構(gòu)成星系、恒星以及人類(lèi)自身的原材料的一個(gè)奇特表親。盡管今天的宇宙幾乎完全是由物質(zhì)構(gòu)成的，這一事實(shí)本身讓科學(xué)家困惑不已。宇宙在137億年前那次大爆炸中誕生時(shí)產(chǎn)生的物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)該是相當(dāng)?shù)模咴缫淹ㄟ^(guò)爆炸而彼此湮滅，將宇宙置于完全的荒涼之中。所幸的是，物質(zhì)并沒(méi)有完全消失——也因此才有了地球與生命的存在。

我們的好運(yùn)究竟源自何處，物理學(xué)家對(duì)此也無(wú)法做出解釋。但是，一項(xiàng)將銀河自轉(zhuǎn)因素考慮在內(nèi)的新的研究或許能為此提供一條線索。

英國(guó)華威大學(xué)的物理學(xué)家馬克·哈德利計(jì)算出了銀河系自轉(zhuǎn)對(duì)其周?chē)臅r(shí)空造成的影響。根據(jù)廣義相對(duì)論，一個(gè)質(zhì)量巨大的天體旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度與角動(dòng)量會(huì)使其周?chē)臅r(shí)空發(fā)生扭曲，稱為“慣性系拖曳效應(yīng)”。哈德利發(fā)現(xiàn)，因?yàn)殂y河系質(zhì)量巨大，這種扭曲對(duì)空間和時(shí)間的影響力將會(huì)是地球造成同種效應(yīng)強(qiáng)度的100萬(wàn)倍。

慣性系拖曳效應(yīng)導(dǎo)致的空間與時(shí)間的這種變化，反過(guò)來(lái)可以影響到粒子的分裂方式。因?yàn)樾再|(zhì)的不同，物質(zhì)與反物質(zhì)粒子會(huì)對(duì)時(shí)間膨脹做出不同的反應(yīng)，衰變速率也就因此不同。物理學(xué)家已經(jīng)測(cè)量到物質(zhì)與反物質(zhì)之間這種衰變率的不對(duì)稱，并將這種現(xiàn)象稱為宇稱破壞。但是，目前仍然沒(méi)有人能夠明確解釋這種不對(duì)稱是如何產(chǎn)生的。

哈德利說(shuō)：“這些不對(duì)稱已被測(cè)量到，但是卻無(wú)法被解釋。這項(xiàng)研究顯示，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中觀察到的一系列結(jié)果可能是星系自轉(zhuǎn)擾動(dòng)當(dāng)?shù)貢r(shí)空的結(jié)果。如果這個(gè)結(jié)論被證明是正確的，那么就意味著自然界本身是基本對(duì)稱的。”

哈德利認(rèn)為，事實(shí)上，從最基本的層面上來(lái)說(shuō)，物質(zhì)與反物質(zhì)是對(duì)稱的，只不過(guò)因?yàn)槎邔?duì)星系自轉(zhuǎn)造成的扭曲所做出的反應(yīng)不同，從而產(chǎn)生了這種表面的不對(duì)稱。他說(shuō)，如果將宇宙作為一個(gè)整體來(lái)考慮，不同層面的時(shí)間延伸最終會(huì)達(dá)到平衡，宇稱破壞也會(huì)消失。

哈德利說(shuō)：“宇稱破壞被看做是解釋宇宙中物質(zhì)不對(duì)稱的關(guān)鍵，但是已測(cè)量到的宇稱破壞還不足以解釋我們今天所看到的宇宙。”哈德利沒(méi)有采用宇稱破壞原理來(lái)解釋宇宙中物質(zhì)多于反物質(zhì)的現(xiàn)象，反而認(rèn)為時(shí)空的扭曲或許能解開(kāi)謎團(tuán)。他認(rèn)為，或許宇宙早期巨大結(jié)構(gòu)體的旋轉(zhuǎn)同樣也拉伸了時(shí)間和空間，這種時(shí)空的拉伸影響了物質(zhì)與反物質(zhì)在宇宙中的整體分布。

為了證明自己的假設(shè)，哈德利推薦研究者通過(guò)當(dāng)下正在進(jìn)行的二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的研究來(lái)獲得證實(shí)：一是觀察位于日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究中心的全球最大的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的粒子碰撞，二是研究美國(guó)加利福尼亞州斯坦福大學(xué)SLAC粒子物理實(shí)驗(yàn)室的BaBar實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是專門(mén)利用B介子進(jìn)行宇稱破壞情形下粒子衰變研究的。

哈德利說(shuō)：“通過(guò)尋找并研究星系旋轉(zhuǎn)方向的傾斜效果，這項(xiàng)預(yù)言成果是可以證實(shí)的，所有需要的數(shù)據(jù)都已存在于歐洲核子研究中心和斯坦福大學(xué)。”

圖片說(shuō)明：根據(jù)廣義相對(duì)論，一個(gè)類(lèi)似于星系的巨大物體的旋轉(zhuǎn)對(duì)周?chē)鷷r(shí)空產(chǎn)生的扭曲。