反物质现在在哪里了(反物质也许出现过只是我们分辨不出来)

如果某天你恰好有幸看到了一块反物质,你应该不会特别注意到它:从很多外部性质上说,反物质与普通的物质看起来没什么区别。它的伪装堪称完美,以至于看起来完全是物质家庭的一员,而它内在的破坏一切遇到的东西的能力使它看起来更像“特洛伊木马”。那么,什么是反物质呢?你可以简单地说它就是物质的对立面,但这个“对立面”的实质是什么呢?当你了解到反物质可以湮没所有遇到的东西的时候,会使你感到骇然,但是是什么赋予了反物质这种力量呢?

反物质现在在哪里了(反物质也许出现过只是我们分辨不出来)(1)

要开始了解反物质,首先我们需要认真了解一下平常的物质,比如我们自己。人体的特性是由我们的DNA编码决定的,DNA是一种小型的由复杂的分子组成的螺旋结构。这些有序的分子是由原子构成的,而原子是可以保留元素性质的一种元素的最小结构——如碳或氢或铁元素。

氢原子是所有原子里质量最轻的,在大气中趋向于上升并逃逸到外太空。因此,氢在地球上相对稀薄,然而在宇宙的大尺度下它却是所有元素中最常见的。大部分的氢都是在大爆炸后迅速形成的,所以几乎都有140亿岁了。

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巨大的氢球体形成了恒星释放出光,比如我们的太阳。正是在这些恒星内,元素呈现出了完全的多样性。几乎所有你呼吸的氧气、你的皮肤和你手机里用到的碳都是来自50亿年前的恒星,当时地球在那个时候形成了。所以,我们都是星尘,或者如果你没那么浪漫,可以说我们都是核废物——因为恒星是核反应炉,氢是其中的主要燃料,产能以星光的形式发出,剩下的元素就是“尘”或者说废物。

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为了说明原子到底有多小,我们以一个句号为例:句号的点,包含了大约1000亿个碳原子,比地球上曾经出现过的所有人类都多。要想裸眼看到这些单个的碳原子,你大概需要将这个句号的点放大到100米的直径大小。

碳元素的原子可以组成不同的形式,比如钻石、石墨和黑炭油墨、木炭以及煤炭。反物质同样含有分子和原子。反碳的原子可以形成反钻石,其美艳和坚硬与我们常见的钻石丝毫不差。反油墨和油墨一样黑,用它在反书上面印的句号和你现在看到的句号没什么两样。反句号也需要放大到100米的大小才能看到其中的反碳原子。如果这种放大得以实现,我们会发现反碳原子内部哪怕最细微的结构都和碳原子完全一样。因此,即使在原子这样的基本尺度上,物质和反物质看起来都是相同的:他们之间的不同点埋藏得很深。

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原子已经非常小了,但它还不是最小的物质。只有当我们进入原子内部,与形成原子的基本源种不期而遇时,才能揭示出物质和反物质之间深层次的分别。

每个原子都拥有一个复杂的内部结构。原子中心是致密而紧凑的原子核,占有了原子的绝大部分质量。虽然将句号扩大到100米后就可以看到原子,但想要看到原子核就得把这个尺度扩大到10000公里了,这几乎与地球两极之间的距离相当。这也适用于反句号和反原子。只有在这么高的精度下,我们才能初步发现物质和反物质的细微差别。

反物质现在在哪里了(反物质也许出现过只是我们分辨不出来)(5)

爱因斯坦相对论中深奥的时空纠缠,主宰原子内部的迷人的短暂不确定世界,当这两个理论结合起来之后,一个惊人的蕴含就出现了:如果只有我们所知的物质的基础源种,自然界不可能得以运行。对于每一种次原子粒子,自然界都被迫允许一个负像,一个镜像反面,它们每一个都遵循与普通粒子相同的苛刻法则。正如我们熟悉的粒子构成了原子和物质,它们的反面构成了反物质,这种初看和普通物质相同但是本质上却完全不同的东西。

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