反物質(zhì)與暗物質(zhì)之迷
反物質(zhì)這個(gè)概念，聽(tīng)起來(lái)似乎是科幻小說(shuō)家杜撰出來(lái)的。其實(shí)，世界上確實(shí)存在著反物質(zhì)，反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的，而反粒子與我們認(rèn)識(shí)的電子、中子和質(zhì)子等相似，只是電荷相反。有些科學(xué)家猜想，在整個(gè)宇宙中，物質(zhì)和反物質(zhì)是以同等數(shù)量存在的。只是，反物質(zhì)集中在遙遠(yuǎn)的星系里，與由普通物質(zhì)組成的星系相距億萬(wàn)里。
1915年，愛(ài)因斯坦根據(jù)他的相對(duì)論得出推論：宇宙的形狀取決于宇宙質(zhì)量的多少。他認(rèn)為，宇宙是有限封閉的。如果是這樣，宇宙中物質(zhì)的平均密度必須達(dá)到每立方厘米5×10的負(fù)30次方克。但是，迄今可觀測(cè)到的宇宙的密度，卻比這個(gè)值小100倍。也就是說(shuō)，宇宙中的大多數(shù)物質(zhì)“失蹤”了，科學(xué)家將這種“失蹤”的物質(zhì)叫“暗物質(zhì)”。
一些星體演化到一定階段，溫度降得很低，已經(jīng)不能再輸出任何可以觀測(cè)的電磁信號(hào)，不可能被直接觀測(cè)到，這樣的星體就會(huì)表現(xiàn)為暗物質(zhì)。這類暗物質(zhì)可以稱為重子物質(zhì)的暗物質(zhì)。
還有另一類暗物質(zhì)，它的構(gòu)成成分是一些帶中性的有靜止質(zhì)量的穩(wěn)定粒子。這類粒子組成的星體或星際物質(zhì)，不會(huì)放出或吸收電磁信號(hào)。這類暗物質(zhì)可以稱為非重子物質(zhì)的暗物質(zhì)。
天文學(xué)的觀測(cè)表明，宇宙中有大量的暗物質(zhì)，特別是存在大量的非重子物質(zhì)的暗物質(zhì)。據(jù)天文學(xué)觀測(cè)估計(jì)，宇宙的總質(zhì)量中，重子物質(zhì)約占2%，也就是說(shuō)，宇宙中可觀測(cè)到的各種星際物質(zhì)、星體、恒星、星團(tuán)、星云、類星體、星系等的總和只占宇宙總質(zhì)量的2%，98%的物質(zhì)還沒(méi)有被直接觀測(cè)到。在宇宙中非重子物質(zhì)的暗物質(zhì)當(dāng)中，冷暗物質(zhì)約占70%，熱暗物質(zhì)約占30%。
標(biāo)準(zhǔn)模型給出的62種粒子中，能夠穩(wěn)定地獨(dú)立存在的粒子只有12種，它們是電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子、光子、3種中微子、3種反中微子和引力子。這12種穩(wěn)定粒子中，電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子是帶電的，不能是暗物質(zhì)粒子，光子和引力子的靜止質(zhì)量是零，也不能是暗物質(zhì)粒子。因此，在標(biāo)準(zhǔn)模型給出的62種粒子中，有可能是暗物質(zhì)粒子的只有3種中微子和3種反中微子。
20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)天文學(xué)家艾倫森發(fā)現(xiàn)，距我們30萬(wàn)光年的天龍座矮星系中，許多碳星(巨大的紅星)周圍存在著穩(wěn)定的暗物質(zhì)，即這些暗物質(zhì)受到嚴(yán)格的束縛。高能熱粒子和能量適中的暖粒子是難以束縛住的，它們會(huì)到處亂竄，只有運(yùn)行很慢的“冷粒子”才能束縛住。物理學(xué)家認(rèn)為那是“軸子”，它是一種非常穩(wěn)定的冷“微子，質(zhì)量只有電子質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)分之一。這就是暗物質(zhì)的軸子模型。
軸子模型是否成立，最終得由實(shí)驗(yàn)裁決。最近，還有人提出，暗物質(zhì)可能是一種稱做“宇宙弦”的弦狀物質(zhì)，它產(chǎn)生于大爆炸后的一秒期間內(nèi)，直徑為1萬(wàn)億億億分之一厘米，質(zhì)量密度大得驚人，每寸長(zhǎng)約1億億噸。這種理論是否成立，同樣有待科學(xué)家進(jìn)一步研究。（科技網(wǎng)）
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