反物質天體存在嗎

粒子實驗已證實，正反粒子的強作用和電磁作用性質完全一樣，所以反質子和反中子也能結合成帶負電的反原子核，反核和反電子結合在一起，就可以組成反原子。我們的正物質世界有多少種原子，相應地在反物質世界中也就會有多少種反原子，而且它們在結構上將是完全沒有區別的。延伸起來講，大量反原子能夠構成反物質的恒星和星係。如果宇宙中正反物質為等量，那麽這樣的反恒星和反星係就應當存在。所以這給天文學家提出了一個深刻的問題：宇宙中有反恒星和反星係嗎?

要通過觀測來分辨遠處星係由物質構成或反物質構成並不容易，至今的天文觀測隻是接收遠處天體所放出的光子。原則上，正物質天體如果輻射光子，那麽同樣的反物質天體應當輻射反光子。但是光子是純中性的粒子，所以光子與反光子是同一種粒子。這樣一來，天文學家通過可見光、射電、x射線或^y射線觀測，理論上講是無法區分他的目的物是由物質構成還是由反物質構成的。恒星和星係除了輻射光子外，同時還輻射中微子。中微子與反中微子很不一樣，如果天文學家可以接收中微子，那麽他就能區分物質天體與反物質天體。可惜中微子與任何物質的相互作用都十分微弱，造一個能接收它們的儀器很困難。今天用這種辦法來區分物質天體或反物質天體還辦不到。那麽，與我們最鄰近的太陽或月亮會是由反物質組成的嗎?

月亮是離我們最近的天體，由地麵出發的宇航員已在月球上登陸過。倘若月球是由反物質組成的，那麽在那位宇航員與月球接觸時，湮滅過程早已把他轉化為介子了。這是一個最直接的證據，表明月亮是正物質天體。

至於太陽，那是人類沒有可能登陸的地方。那麽如何才能知道它不是由反物質組成的呢?太陽表麵的氣體非常熱，其中熱運動速度較快的原子的速度已超過了太陽表麵的逃逸速度，這就是太陽風的起因。如果太陽是反物質恒星，太陽風就由反原子組成，它吹到行星上，就會和行星的正原子相湮滅。那麽正物質組成的行星會逐漸消失掉，這種消失過程沒有發生，就證明了整個太陽係中沒有反物質天體。這樣，如果確實存在反物質天體，它至少應在太陽係之外。

1979年，美國科學家曾經把一個有60層樓高的巨大氣球放到離地麵35公裏的高空，氣球上載有一批極其靈敏的探測儀器，結果，它在高空獵取了28個反質子。這是在地球以外第一次發現的反物質。除此之外，人們還在星際空間發現了反物質流。

把眼光放遠到整個銀河係，不禁要問：在這個由千億個恒星構成的係統中，會有一部分是反恒星嗎?今天人們也已可以肯定地回答：·不會有。

我們從地麵上可以接收到太空中飛行的宇宙射線。觀測統計表明，宇宙射線粒子中反質子僅是質子的萬分之幾，同時這少量的反質子是高能粒子碰撞的次級產物，而不是原始的，此外宇宙射線中有很少的α粒子(即氦核)，然而反α粒子卻一個也沒有發現過，這些事實都能說明原初的宇宙射線是由正物質組成的。如果銀河係中有反物質恒星，那麽宇宙射線粒子將與它碰撞而發生湮滅。湮滅產生的ππ0介子將迅速變而成γ光子。因此這種湮滅過程是可以通過γ射線的觀測來發現的。正是沒能找到湮滅過程所放出的很有特征性的γ光子，使人們知道，銀河係中並不存在反恒星，整個銀河係都是由正物質組成的。

我們的宇宙是由大量星係構成的。如果在遠處有反物質組成的星係，原則上也能用同樣的道理來發現。星係之問並不是真空，而是彌漫著很稀薄的氣體。所以，若既有正物質星係又有反物質星係，那麽正反物質必會相遇，相遇處必會有湮滅過程發生。人們努力地尋找了相應的γ射線，卻從來沒有找到過。於是得出結論：在三千萬光年的範圍內不會有巨大的反物質星係存在。如果在更遠的地方有這種湮滅發生，由於它的信號太弱而沒有被發現是不能排除的。所以上述結論是目前的觀測能力所能給出的回答。

在這樣的結果麵前，人們的看法分成了兩種。一種認為宇宙中正反物質應該是等量的，需要的是從更遠處去尋找反物質星係存在的證據。，另一種認為事實已暗示，宇宙中並無大量的反物質存在，需要的是從宇宙的演化中去尋找引起今天沒有反物質的原因。