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为什么宇宙被正物质主宰?是否存在反物质星系?

在天文学中,科学家通过检测遥远星系发出的光来研究它们。由于不同原子和分子会发出特定样式的光,天文学家只要观测星系的光谱就能得到很多有关它们的信息。其光学指纹能告诉我们恒星和星系的化学成分等等。

通常认为,遥远星系是由与我们太阳系一样的物质组成,但最近的研究表明,反氢原子发出的光与普通氢原子相同。原则上,反物质星系会发出的光与正物质星系相同,那天文学家怎么知道一个遥远的星系真的是由正物质组成的呢?

物 质和反物质之间的根本区别是所带的电荷。正物质的原子由带正电荷的原子核与绕其周围的带负电荷的电子组成,而反物质正好相反,它由带负电荷的原子核与绕其 周围的带正电荷的正电子(反电子)组成。在我们周围一切的事物都是由正物质组成,所以我们可以设想我们在宇宙中看到的绝大多数东西也是由正物质构成的。

 

 

然而,当科学家在实验室中从能量创造物质时,它们总是成对产生。例如,科学家可以在粒子加速器中创造质子,但同时也会创造等量的反质子。这是由于物质和反物质之间的对称性,而这导致了宇宙学中的一个问题。

在早期的宇宙中,当宇宙大爆炸的强大能量产生物质时,它是否也会产生等量的反物质?如果是,为什么我们所看到的是一个由正物质主宰的宇宙?最常见的解释是物质和反物质之间存在着细微的差异。虽然这种差异非常细微,但在宇宙尺度上,这意味着大爆炸产生了更多的正物质。

不过,我们假设一下宇宙确实有等量的物质和反物质,但在早期两者聚集在不同的区域。虽然我们宇宙的每个角落都由正物质主宰,但也可能存在着由反物质主宰的遥远星系或星系团。由于物质和反物质的光谱是相同的,所以一个遥远的反物质星系看起来就像它是有正物质组成一样的。既然科学家不能直接飞到遥远的星系来弄清其组成,那怎么能确定反物质星系不存在呢?

 

 

其 中一条线索是来自物质和反物质的相互作用。虽然两者表现得互为相同,但是当物质和反物质碰撞时会彼此湮灭,并产生强烈的伽马射线。虽然星系之间的广大地区 大多是空的,但并不是完全真空。少量的气体和尘埃在星系之间漂动,产生星际风。如果星系由反物质组成,那来自星际风的物质就会在反物质星系的外边缘与反物 质湮灭,并产生伽马射线。

因此,如果一些星系是正物质,还有一些是反物质,天文学家就会在它们之间的区域观测到强烈的伽马射线。然而,事实上天文学家并没有观测到,包括在我们的银河系和其他附近的星系之间,以及更遥远的星系之间。由于我们的宇宙空间是由正物质主宰,科学家就可以合理地设想其他星系也是由正物质构成。

 

 

还有一种可能是我们可见的宇宙恰好是由正物质主宰,而在可见宇宙之外,可能由反物质主宰,但只是距离太远,我们看不到。这是物质—反物质宇宙学问题的一种可能解决方案。但是,考虑到可见宇宙的庞大尺度,这实在是一个奇怪的巧合。

因此,在宇宙中可能存在遥远的反物质星系,但我们可以相信我们看到的星系是由就像你我一样的物质组成。

原标题:   为什么宇宙被正物质主宰?是否存在反物质星系?