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星系自轉與神秘的反物質

2011-09-22 02:46克拉克莫斯科維茨
飛碟探索 2011年9期
關鍵詞:宇稱反物質哈德

■ 克拉克·莫斯科維茨

一項新的研究表明,宇宙中物質多于反物質這一令人費解的現象或許與銀河系自轉引起的離奇的時空延伸有關。

反物質是構成星系、恒星以及人類自身的原材料的一個奇特表親。盡管今天的宇宙幾乎完全是由物質構成的,這一事實本身讓科學家困惑不已。宇宙在137億年前那次大爆炸中誕生時產生的物質與反物質應該是相當的,二者早已通過爆炸而彼此湮滅,將宇宙置于完全的荒涼之中。所幸的是,物質并沒有完全消失——也因此才有了地球與生命的存在。

我們的好運究竟源自何處,物理學家對此也無法做出解釋。但是,一項將銀河自轉因素考慮在內的新的研究或許能為此提供一條線索。

英國華威大學的物理學家馬克·哈德利計算出了銀河系自轉對其周圍的時空造成的影響。根據廣義相對論,一個質量巨大的天體旋轉時的速度與角動量會使其周圍的時空發(fā)生扭曲,稱為“慣性系拖曳效應”。哈德利發(fā)現,因為銀河系質量巨大,這種扭曲對空間和時間的影響力將會是地球造成同種效應強度的100萬倍。

慣性系拖曳效應導致的空間與時間的這種變化,反過來可以影響到粒子的分裂方式。因為性質的不同,物質與反物質粒子會對時間膨脹做出不同的反應,衰變速率也就因此不同。物理學家已經測量到物質與反物質之間這種衰變率的不對稱,并將這種現象稱為宇稱破壞。但是,目前仍然沒有人能夠明確解釋這種不對稱是如何產生的。

哈德利說:“這些不對稱已被測量到,但是卻無法被解釋。這項研究顯示,我們在實驗室中觀察到的一系列結果可能是星系自轉擾動當地時空的結果。如果這個結論被證明是正確的,那么就意味著自然界本身是基本對稱的?!?/p>

哈德利認為,事實上,從最基本的層面上來說,物質與反物質是對稱的,只不過因為二者對星系自轉造成的扭曲所做出的反應不同,從而產生了這種表面的不對稱。他說,如果將宇宙作為一個整體來考慮,不同層面的時間延伸最終會達到平衡,宇稱破壞也會消失。

哈德利說:“宇稱破壞被看做是解釋宇宙中物質不對稱的關鍵,但是已測量到的宇稱破壞還不足以解釋我們今天所看到的宇宙?!惫吕麤]有采用宇稱破壞原理來解釋宇宙中物質多于反物質的現象,反而認為時空的扭曲或許能解開謎團。他認為,或許宇宙早期巨大結構體的旋轉同樣也拉伸了時間和空間,這種時空的拉伸影響了物質與反物質在宇宙中的整體分布。

為了證明自己的假設,哈德利推薦研究者通過當下正在進行的二項實驗的研究來獲得證實:一是觀察位于日內瓦附近的歐洲核子研究中心的全球最大的大型強子對撞機產生的粒子碰撞,二是研究美國加利福尼亞州斯坦福大學SLAC粒子物理實驗室的BaBar實驗結果數據,這項實驗是專門利用B介子進行宇稱破壞情形下粒子衰變研究的。

哈德利說:“通過尋找并研究星系旋轉方向的傾斜效果,這項預言成果是可以證實的,所有需要的數據都已存在于歐洲核子研究中心和斯坦福大學。”

圖片說明:根據廣義相對論,一個類似于星系的巨大物體的旋轉對周圍時空產生的扭曲。

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