2019年07月30日 16:11 新浪網(wǎng) 作者 90后叔叔看娛樂
世間萬物有陽就有陰，有正就有反，放入整個宇宙也適用。有看的見的明物質就有看不見的暗物質，有正粒子組成的物質，就有反粒子組成的物質。
對于宇宙中的物質，物理學家有幾種不同的歸類方法。但其中最令我們這些普通人好奇的，還是“物質-反物質”的分類。該理論認為，每個粒子都擁有一個質量相同、但電荷相反的反粒子，就像它的鏡像一樣。在宇宙大爆炸剛剛發(fā)生后，宇宙中物質與反物質粒子的數(shù)量應當完全相等。兩者相遇后，便會瞬間湮滅、并釋放出能量。因此有人甚至得出了“宇宙不應該存在”的結論。但不知為何，構成宇宙中萬事萬物的粒子，幾乎全都是普通粒子。據(jù)歐核中心指出，宇宙中每10億個粒子中，只有1個為反粒子。
為更好的認識反物質，科學家將歐核中心的反質子減速器作為研究工具。反質子減速器能夠產(chǎn)生反質子，并減慢其運動速度。反氫激光物理儀器（ALPHA）再將這些反質子與正電子相結合，組成一個反氫原子。研究人員設法固定住反氫原子后，便可以用研究普通原子的方式對其進行分析。在每輪實驗中。
反氫激光物理儀器會用激光脈沖發(fā)射出500個反氫原子，使原子中的電子躍遷至更高能級。
接著，這些電子再躍回較低能級，反氫原子便會釋放出帶有標志性波長的光子。這就是著名的萊曼-阿爾法躍遷，常被天文學家用來研究極遠處的天體。研究人員對發(fā)射出的光子進行了測量，發(fā)現(xiàn)它們的波長與普通氫原子發(fā)射的完全相同。研究人員原期望找到一些反物質與物質的不同之處，但卻發(fā)現(xiàn)它們毫無分別。如果能夠弄清楚反物質和普通物質之間的任何區(qū)別，都可以幫助我們弄清為何宇宙并未在大爆炸之后即刻湮滅、化為烏有。
探尋反物質星系
在浩瀚的宇宙中有沒有反物質？有沒有反物質組成的反恒星和反星系？這是物理學家和天文學家關心的問題。一些物理學家認為在宇宙誕生后的第1秒內，物質和反物質都沒有被對方完全消滅，他們在宇宙中占據(jù)了各自的地盤，因此推測在宇宙的某個空間，可能潛伏著反物質，形成反恒星、反星系，甚至是反生命。
美國宇航局AMS利用實驗設備“反物質太空磁譜儀”在太空軌道上搜尋反物質星系和暗物質。
據(jù)科學家介紹，反物質太空磁譜儀重約6900多公斤，造價約為20億美元。該設備將裝備于國際空間站，主要用于搜索宇宙射線以及來自外太空的高能帶電粒子。反物質太空磁譜儀將采用一個重約1900公斤的磁鐵來產(chǎn)生一個強大的均勻磁場，該磁場比地球磁場要強3000多倍。磁場可以折射宇宙射線，從而探測器能夠分析出宇宙射線的各種屬性，如電荷、速率等。
在2003年“哥倫比亞”號航天飛機失事后，美國宇航局最初決定反物質太空磁譜儀升空計劃取消。后來，在科學家們的大力游說下，反物質太空磁譜儀任務得以恢復?？茖W家們替換了反物質太空磁譜儀上的磁鐵，并重新裝上了更大體積的中國制造磁鐵，從而大大延長了反物質太空磁譜儀的使用壽命，使其可以一直服役至2020年，這也是國際空間站的預期壽命。
諾貝爾獎得主、美國宇航局反物質太空磁譜儀項目首席科學家丁肇中介紹說，“這一項目已開展了17年，共有16個國家600多名物理學家參與其中，這已成為一個重要國際合作項目。我們已經(jīng)反復檢測過多次以確保它能夠正常工作?，F(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)射升空了?！?/span>
搜尋宇宙射線和反物質
宇宙射線所攜帶的能量比任何人工粒子加速器能夠產(chǎn)生的能量要高出數(shù)百萬倍。因此，它們能夠揭示出宇宙奧秘的點點滴滴，這是地球上任何實驗都無法取得的成果?？茖W家們希望，通過分析宇宙射線，反物質太空磁譜儀能夠解決大量現(xiàn)有最困惑的科學難題，如反物質星系是否存在，暗物質究竟是由什么組成的等。
在物理學領域中，一個最困惑的謎團就是已知宇宙中的物質與反物質問題。如果反物質太空磁譜儀能夠探測到反氦或更重的反物質元素，那么這將是反物質星系存在的強有力證據(jù)。反物質星系可能就是由大量的反物質恒星組成。
物理學的另一大謎團就是暗物質問題。對于這種看不見、而且至今仍未確認事物的屬性，科學家們仍然知之甚少，他們只能通過引力效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。對于暗物質，一個最主要的候選者就是一種被稱為“中性子”的粒子。如果中性子確實存在，當它們相互碰撞時，就會釋放出大量的高能反電子，這種高能反電子就是反物質太空磁譜儀所要探測的對象。
丁肇中表示，“在長期研究宇宙射線的過程中，這將是第一次以極高的精確度去完成探測任務。因此我們進入了一個新的領域，但我們確實不知道將會發(fā)現(xiàn)什么?！?/span>
反物質太空磁譜儀最初是由丁肇中于1994年提出設計構想。該設備的目標就是在太空中研究宇宙射線，因為地球上的大氣層是研究工作的主要障礙。丁肇中介紹說，“在太空中，有兩種類型的粒子，一種是沒帶電荷的，也就是光線和微中子。在過去一個世紀中，我們對太空的理解主要基于太空中和地面上大量望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)。對于宇宙射線之類的帶電粒子，由于它們帶有電荷，因此它們肯定有質量。因為有質量，所以它們肯定會被地球大氣層吸收。因此，必須要到太空中觀測它們?！?/span>
研究帶電粒子上的電荷，需要一個磁鐵。根據(jù)最初設計方案，反物質太空磁譜儀上安裝的是一個超導磁鐵，使用壽命為三年，直至冷卻用的液態(tài)氦耗盡為止。丁肇中解釋說，“當我們在一個模擬太空環(huán)境的熱真空容器中測試這種超導磁鐵時，發(fā)現(xiàn)它只能維持三年時間，否則就必須重新充液態(tài)氦。如果沒有航天飛機，根本沒法完成這一任務。因此，超導磁鐵被取消。”
科學家們決定是否使用永久性磁鐵，永久性磁鐵比超導磁鐵要弱，因此敏感度將要降低30%?，F(xiàn)在，中國研制的磁譜儀完全能滿足AMS實驗在空間運行的要求，并能精確地檢測到反粒子。如果反物質磁譜儀的觀測證實了遠處有巨大的反物質區(qū)存在，那么這肯定是一個里程碑式的發(fā)現(xiàn)。它的意義不僅證實了宇宙中有反物質天體，更重要的是它對物理學提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
為什么美國國會如此“開恩”，專門花20億為運送AMS而特批增加航天飛機飛行次數(shù)和經(jīng)費呢？這是因為AMS實驗將有可能成為解決宇宙中是否存在反物質和暗物質兩個科學難題的最好方法。根據(jù)目前公認的大爆炸學說，宇宙是由大約在150億年前的大爆炸產(chǎn)生的。大爆炸應該產(chǎn)生同樣數(shù)量的物質和反物質。暗物質我們找不到，我們就迂回地去找，暗物質是由一種特殊的粒子組成，這種粒子之間發(fā)生碰撞將產(chǎn)生大量的高能正電子，可以通過AMS是否采集到宇宙中的大量正電子來確定暗物質是否由這種粒子構成的。AMS有望解開困擾物理學家數(shù)十年的暗物質之謎。
八年以來，AMS收集了超過1400億個宇宙線數(shù)據(jù)，能量高達萬億電子伏。AMS精確測量了宇宙線中的基本粒子（正電子、反質子、電子、質子）、原子核（氦、鋰、鈹?shù)龋┖头丛雍耍ǚ措?、反氦核）。AMS的實驗結果都不符合當前的宇宙射線理論，帶來了對宇宙全新的認識。
“阿爾法磁譜儀２”最新探測的正電子流強結果顯示，從約８ＧｅＶ（８０億電子伏特）的能量級開始，關于正電子流強的探測結果曲線與傳統(tǒng)宇宙線碰撞模型的預測曲線相比開始上升，前者隨后在約１ＴｅＶ（１萬億電子伏特）的更高能量級處又顯示出急劇減少的趨勢，這個現(xiàn)象很好地符合相關暗物質模型。
另一種對這個現(xiàn)象的解釋是相關正電子來源于脈沖星等天體。
反物質武器是核武器威力的10000倍
反物質研究成為目前各國研究的重點。它是目前核武器中最強、最重要的一種。物質與反物質相撞會將將近100%質量轉化成能量(高能伽瑪射線)，而利用核聚變反應的氫彈則大約是只有7-10%的質能轉換。
但一旦發(fā)明出來且觸發(fā)，極為可能造成人類浩劫，太多數(shù)量的反物質武器甚至可以造成世界毀滅。反物質武器究竟有多厲害呢？根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)幾克反物質武器所產(chǎn)生的威力相當于一顆中型戰(zhàn)略核彈爆炸所釋放的能量，1克反物質就能夠為23架航天飛機提供動力，用數(shù)十毫克反物質作燃料推動太空船，一個半月就可以抵達火星，這些都足以說明反物質能夠產(chǎn)生巨大的能量。只要使用3g的反物質作為武器彈藥，就能夠讓地球不復存在。3000g的反物質基本能夠炸掉大半個太陽系。
美國費米國立加速器研究所，法國和瑞士合建的歐洲研究中心，俄羅斯高能物理研究所都在做此研究。中國的反物質研究所始于80年代初，由世界著名的核物理學家、反物質發(fā)現(xiàn)者趙忠堯擔任技術顧問，因此西方稱他為“中國反物質武器之父”。
中國宇航學會馬興瑞認為：“可以預見，未來的5年將是中國航天事業(yè)新一輪的快速發(fā)展時期，在關鍵核心技術攻關、重大航天系統(tǒng)建設等方面取得重大突破，逐步縮短與美國、俄羅斯等航天強國的差距，推動中國從世界航天大國邁向航天強國”。
中國宇航學會作為中國航天科技學術機構和重要國際交流窗口，如何履行好推動航天技術創(chuàng)新、支撐國際化發(fā)展、培養(yǎng)領軍人才的使命和責任，提升中國航天的國際知名度和國際聲譽，中國宇航學會任重道遠。
