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添加几篇相关费城实验和反物质的科普文章

No Comments | 精品文摘 | by bigsea | 4272 Views. | 2007, September 22, 12:57 PM

以下文章仅供参考,科幻也好,科学也好,内行看门道,外行看热闹!

 

 
 

(图片为当年据说是费城实验用的 "爱尔德里奇”号船)   

【“费城实验”】

      科学史上有过一次著名的“费城实验”,即富兰克林在1752年在费城用风筝把雷电收集到莱顿瓶中。

      在伪科学史上,也有过一次“费城实验”,比前者著名得多,有无数的文章、书籍、电影、电视在介绍、讨论它。这是现代邪教宣传品中经常提到的一个事件。在中文邪教网站上,有一篇《神秘的空间突破试验——美国海军费城实验简介》,提供了一个很常见的说法:

  “1943年10月,美国海军在费城进行了一次人工磁场的机密试验,即著名的‘费城实验( The Philadelphia Experiment)’,实验成功地将一艘驱逐舰及全体船员投入另一空间。在实验过程中,实验人员启动脉冲和非脉冲器,使船只周围形成了一个巨大的磁场。随后整条船被一团绿光笼罩着,船只和船员也开始从人们的视线中消失。实验终止时,舰船已被移送到了479公里以外的诺福克(Norfolk)码头。此后,一些船员身上仍留有实验的反应,不论在家里,在街上,在酒吧间或饭店里,都会突然地消失又重现,让旁观者惊讶不已。

  “参与这项实验的吉索普(Morris K.Jessup)博士认为,强烈的磁云能够重新排列人类和物质的分子结构,使其进入另外的时空。

  “费城实验的进行在科学上具有着深远的意义,它不仅证实了自然界中的确有另外的空间存在,同时也表明了将人类及装备暂时投入另一空间的可行性。”

    这也是迷信神秘现象的人津津乐道的一件事,据说它证明了爱因斯坦统一场理论,显示“电磁时空弯曲”的存在,可以用来解释包括不明飞行物、百慕大魔鬼三角在内的种种神秘现象。有一篇登在科普网站上的文章《美国费城实验原理和宇宙人》还提到,“江苏UFO研究会在80年代也曾计划与南京大学合作进行某些强磁场实验,因强度不高而作罢。”

      费城实验的进行在科学上具有着深远的意义,它不仅证实了自然界中的确有另外的空间存在,同时也表明了将人类及装备暂时投入另一空间的可行性。
                                             
【“费城实验”的来源】

       “费城实验”源于“彩虹计划”,是一次军舰隐形试验。美军在海上舰艇电子伪装设置的研究计划中将爱因斯坦的“引力和电流的统一场论”引入,其最初的目的是让舰艇借助强烈的电磁场来干扰和躲避敌方鱼雷的攻击,后来则延伸为在周围空气中产生强磁场,使敌人的雷达探测不到自己的存在。

    美军考虑该试验的绝密性,将“彩虹计划”的试验对象定为“爱尔德里奇”号驱逐舰。1943年6月,“爱尔德里奇”号被安装上了数吨电子实验设备。其中,每台功率为75千瓦的两台大型磁场发生器被安装在前炮塔的位置。它们产生的磁力通过安装在甲板上的4组巨大的线圈进行分配。此外,舰上还有3只射频传送器(每只为2兆瓦的等幅波雷达)、3000只6L6型功率放大电子管(用来驱动2台磁力发生器的场线圈)、特制的同步和调制电路以及一大批特制的电子设备。这些设备组合在一起,经过适当的控制和调节,就可以将舰身周围的光和无线电波弯曲,达到隐形的效果。

    1943年7月22日9时整,费城海军造船厂,“爱尔德里奇”号上的磁力发生器电源被接通。强大的磁场开始在舰身周围形成。一片绿色的雾慢慢将“爱尔德里奇”号包围起来。“爱尔德里奇”号从雷达上消失了!正当在场观看的海军官兵们要为试验的成功欢呼时,随后发生的事情却让他们目瞪口呆……

    “爱尔德里奇”号本身变得近乎隐形,肉眼看去,只能依稀看到舰身的轮廓。按理论推算,军舰只会在雷达上隐形,而军舰本身不会出现“物质"隐形.这让所有科学家惊叹而不安。他们不知道下一步还会发生什么,于是迅速切断了磁力发生器的电源。待绿雾渐渐散尽后,“爱尔德里奇”号又重回到了雷达和人们的视野里。旁观的人们终于松了口气。

    但很快新的意外又发生了。岸上的人员登上驱逐舰后,发现船员们分辨不出方向,还都感到恶心。情况更糟的是,他们回忆不起发生了什么事情。不论这些官兵的实际身体状况如何,不久他们都被美国海军判定为“心理健康程度不适合服役”,从而被迫退伍。美国海军随后封锁了消息,这次实验的所有记录也均被列为绝密文件。
   
【“费城实验”到底有没有做过?】

      对这个“在科学上具有着深远的意义”的实验,美国海军却异常谦虚地断然否认曾经做过。为了应付频繁的查询,美国海军还特地为此编了一份事实资料。据说被用于做实验的那艘驱逐舰为艾尔德里奇号(USS Eldridge)。美国海军军事行动档案部出示的航海日志显示,这艘以在1942年所罗门群岛之战中牺牲的海军中校约翰·艾尔德里奇命名的驱逐舰在1943年8月27日在纽约海军船坞试航。之后继续留在纽约长岛海峡,9月16日驶往百慕大群岛;9月18日,在百慕大群岛海域进行训练和海上试验。10月15日,离开百慕大去纽约执行护航任务。在纽约港停留到11月1日。2日,抵达诺福克的海军基地。3日,前往卡萨布兰卡,于22日抵达。29日返航,12月17日抵达纽约港。12月31日前往诺福克。在这一时期,艾尔德里奇号从来没有到过费城。

    据说是商船弗鲁赛斯号(SS Andrew Furuseth)上的人员目睹了将艾尔德里奇号传送到诺福克的海域。记录显示弗鲁赛斯号1943年8月16日随护航舰队UGS-15离开诺福克,9月2日抵达卡萨布兰卡。19日离开卡萨布兰卡,10月4日抵达亨利角。10月25日,弗鲁赛斯号随UGS-25护航舰队离开诺福克,11月12日抵达奥兰。这艘船停留在地中海,后来随GUS-25护航舰队返航,1944年1月2日抵达汉普顿大道。弗鲁赛斯号当时的船长否认他或者他的乘员在诺福克期间见过任何不寻常的事件。艾尔德里奇号与弗鲁赛斯号甚至没有同时处于诺福克。

    热衷传谣的人对美国海军出示的这些证据当然是不屑一顾,因为在他们看来,美国海军试图掩盖事实真相。果真如此的话,美国海军为什么要在大白天(据说实验发生的准确时间是1943年10月28日下午17时15分),在大城市的港口,且有许多平民围观时,在众目睽睽之下从事如此高度机密的实验?更何况,二次世界大战正在激烈地进行,美国海军竟拿一艘战争急需的崭新驱逐舰试验“消失”实验,那可真够愚蠢的。为什么不先拿一艘破船试试成不成功呢?

    1999年3月,艾尔德里奇号的老船员们首次重聚,在接受《费城调查者报》记者采访时,一致否认曾经参与过这类实验,对造谣者为什么拿他们的船只为造谣对象,感到迷惑不解,开玩笑说:艾尔德里奇号的确在费城是不可见的,因为它从来没有到过费城。不知美国海军采用了什么办法,才让这些七老八十的退休海员帮助它掩盖真相?

【“费城实验”谣言的来历】

      那么这个"费城实验"的谣言是怎么来的呢?这涉及到一位热衷研究不明飞行物的业余天文学家和一位疯疯癫癫的前海员。

莫里斯·杰萨普和他的著作

     1955年,汽车零件推销员莫里斯·杰萨普(Morris K. Jessup)——也就是前引那份邪教宣传品所说的“参与这项实验的吉索普博士”——出版了一本书《不明飞行物案件》(The Case for the UFO)。此君曾经在密歇根大学攻读天文学,但是没有拿到博士学位就毕业了,之后继续业余从事研究,尤其对不明飞行物感兴趣。在这本书中,他把许多“神秘现象”(是最早提到“百慕大魔鬼三角”的著作)都归为外星人捣鬼,推测外星人的飞碟采用反引力推进系统,呼吁公众要求美国政府调查飞碟并根据爱因斯坦的统一场理论从事反引力推进系统的研究

      这本书出版后不久,杰萨普收到了一封用几种不同颜色的墨水书写的读者来信,要跟他讨论反引力推进系统,署名卡洛斯·阿兰德(Carlos Miguel Allende)。几个月后,杰萨普又收到了一封信,签名略有变化,为卡尔·阿兰(Carl M. Allen),前一个名字其实是这个名字的拉丁化写法。在这封充满拼法、标点错误的信中,阿兰描述了后来被称为“费城实验”的事件。他告诉杰萨普,没有必要呼吁公众要求美国政府根据爱因斯坦的统一场理论从事反引力研究,因为在1943年10月美国海军已在费城海军船坞做过了这样的实验,让一艘驱逐舰连同其船员从费城消失,几分钟后在诺福克出现,然后在几分钟后又重新回到费城。但是这个实验出现了可怕的后果,使得美国海军终止了进一步的实验:在不可见场的作用下,有些船员被冻僵,要6个月才能被解冻,有些身体起火,被烧了18天,有的从此消失了,一半的人后来发疯了,等等。阿兰声称当时自己在弗鲁赛斯号上目睹了该实验,并提供了自己的海员证号码。杰萨普回了一张明信片,要求阿兰提供证据证明他的说法。几个月后,收到阿兰的回信,说如果他被催眠,就有可能回忆起实验的日期、参与者的名字和报道这个事件的费城报纸的名字。在这些信中阿兰没有提及参与实验的军舰的名字。

    1956年,海军研究办公室收到了一个匿名寄来的包裹。里面是一本《不明飞行物案件》,在书的空白处用三种墨水做了批注。这些东拉西扯、颠三倒四地用伪科学术语发表对不明飞行物、反引力推进系统等等的见解的批注,却引起了两名海军军官的兴趣,想要知道是怎么回事,在第二年请来了该书的作者杰萨普。杰萨普读了这些批注,发现里面提及使船只消失的1943年实验,再根据批注的笔迹,他认定批注者是阿兰,并把阿兰的两封信交了出来。这两名军官请一家印刷公司油印了该书、批注和这两封信,要求印25本,实际印数可能上百本,目前仍然能找到这个版本。据说,海军研究办公室还去查过阿兰的寄信地址,发现是个空农房。美国海军对此事的介入到此为止。

    《不明飞行物案件》的销量不错,杰萨普雄心勃勃地想以写作为生,并四处集资要到墨西哥考察。但是好景不长,他在1958年出版的续集不受读者欢迎,出版商不愿再出版他的著作。他陷入了经济困难,妻子也离开了他。那一年10月,他到纽约参加一个朋友的晚宴,给三个朋友一人一本批注版《不明飞行物案件》,请他们如果万一他出了什么事的话代为保存。然后他去了佛罗里达,刚到那里不久就碰上了一起严重的车祸,让他对人生更感到绝望。1959年4月,他给朋友寄去了自杀遗言。20日,在离他家不远的公园里,他被发现在小车的驾驶座上奄奄一息,在送往医院的途中死亡。警方认为是自杀,死因显然是一氧化碳中毒:他用一个管子与汽车排气管相连,从车窗伸到车中,又用毛毯把窗口密封,然后发动了汽车。

    但阴谋论者认为杰萨普实际上是被美国海军谋杀的,而阿兰也为了躲避追杀而四处逃亡。现在我们就来看看阿兰究竟是谁。他在1942年17岁时曾加入美国海军陆战队,10个月后因健康原因被开除,去费城当商船海员。他服务的第一艘商船即是弗鲁赛斯号,后来又跟随其他商船出海。1952年他告别航海生涯,四处游荡,不断更换工作,一度去墨西哥工作,因此也使用拉丁化的名字。他有个习惯:在书上写批注,和与作者通讯。不过他可能没有料到,他在1955年对《不明飞行物案件》的批注和与作者的通讯会留下如此深远的影响。在美国海军已对之失去兴趣之后,民间研究者开始登场。1965年,文森特·嘉迪斯(Vincent H. Gaddis)出版《不可见的地平线:大海的真正神秘事件》(Invisible Horizons: True Mysteries of the Sea),除了介绍许多神秘失踪的岛屿、飞机和船只,还根据阿兰信件编写了“费城实验”的故事。1967年,布莱德·斯忒格(Brad Steiger)撰文介绍阿兰信件和《不明飞行物案件》批注本,阿兰读了之后,气愤地给斯忒格的出版商写了几封措辞强硬的警告信,但是并没能阻止斯忒格在次年出版了一本以之为主题的书《阿兰德信件,新UFO突破》(The Allende Letters, New UFO Breakthrough)。1969年,阿兰到出版批注版《不明飞行物案件》的出版公司,要了一本批注本,然后到研究不明飞行物的业余爱好者组织“空中现象研究组织”(Aerial Phenomena Research Organization)的总部,坦白说他向杰萨普写那些信,只是一个恶作剧,并在批注本收录的信件上写了这些话:

    “在如下页面上用褐色墨水划线的所有单词、词组和句子全都是假话。这一页和后面页面上方的话是我曾经写过的最疯狂的谎言。目的?要鼓励海军研究办公室研究和劝阻莫里斯·杰萨普教授做可能导致实际研究的进一步调查。当时我担心隐身和力-场的研究;我不知道。”

    这个坦白和他的批注、信件一样颠三倒四,不过有一点倒是说得很清楚:他炮制了一个骗局,目的是为了吓唬人以阻止做类似的研究。阿兰没有说他是根据什么资料编造故事的,不过我们并不难想象。原来在二战期间,美国海军在费城的确经常从事“隐身”实验,不过不是为了让人眼看不到,而是为了让磁性水雷检测不到。这采用的是消磁技术,在船身从头到尾装上电缆,通电以后可以抵消船身的磁场,使磁性水雷的传感器不起作用。阿兰在费城当海员时,可能从海军官兵那里听说了他们要使船只变得“不可见”,于是有了灵感。

    阿兰的坦白并没能结束这个闹剧。1977年,神秘现象最热心的编造者之一查尔斯·伯利兹(Charles Berlitz)出版《无影无踪:来自百慕大三角的新信息》(Without a Trace: New Information from the Triangle),有一章专门介绍费城实验。1978年,乔治·伯格(George E. Burger)和尼尔·辛普森(Neil R. Simpson)出版一本小说《空气》(Thin Air),描写一名退役水兵一直在做噩梦梦见船只和海员忽然消失,一名美国海军军官对此做了调查,发现有人掩盖了在1943年在费城用艾尔德里奇号所做的远距传送实验。这个故事显然是根据阿兰信件编造的,作者也在书的封面清清楚楚地标明这是一部“小说”。次年,伯利兹和威廉·穆尔(William L. Moore)出版《费城实验:隐身项目》(The Philadelphia Experiment: Project Invisibility)。这本书其实是根据《空气》编写的,《空气》一书中的角色所说的话被剽窃过去当成证词,但是伯利兹和穆尔却声称这是真实故事。这本书成了“费城实验”的权威著作,后来对费城实验的种种介绍,基本上都是根据这个把小说当成真实故事的版本。

    阿兰于1994年3月5日因病去世,从这个世界上消失了,但是费城实验丝毫也没有消失的迹象。费城并没有丝毫神秘之处,神秘的是为什么一个恶作剧是如此轻易地就被众人当成了历史事实。阿兰在无意之中,做了一个谎言重复千遍即成真理的实验。

      到底这个伟大的"费城实验"确实是没有做过,是有人捏造出来的?还是美国海军为了隐瞒事实而将它当做机密处理,不公告于世,才说没有做过的?我们相信,真相始终有一天会出来的……

电磁能布满空间

  在哈奇森效应之前,我们知道一个著名的“消失”实验——1943年的费城实验。据说,“爱尔德里奇”号驱逐舰安装了“隐形发生器”。试验开始后,这艘驱逐舰便从人们的视野中和雷达屏幕上消失,就好像是完全消失在另一维空间,过了一会儿军舰才重新出现。

  费城实验的理论基础是爱因斯坦的统一场理论,该理论认为,引力和电磁是相连、相通的,就像质量和能量通过质能公式联系起来一样。证明统一场理论是爱因斯坦一生最后的愿望,虽然他从没有最后解决统一场理论,但是费城实验的结果却让我们似乎看到了一些什么。

  如果爱因斯坦是对的,那么时间、空间,然后物质,都是相互关联的。而我们知道有件东西是整个宇宙所共有的——电磁能。

  当你看着一个面包圈时,首先看到的是面包外圈,还是中间的空洞?这是个心理题,但也可以帮助我们从新的视角理解哈奇森效应。按照我们现有的物理学知识,哈奇森效应不可思议,这可能因为我们总是把目光聚焦在面包外圈上,忽略了自然界无处不在的“空虚”部分——空间,以及充斥其中的电磁能。哈奇森当然不是第一个知道电磁的人,但是他的实验让人们把种种奇异事件的解释目光集中到了他所使用的所有设备的唯一产物——电磁的变换上面来。

  道理很简单:无处不在的空间实际上处处充斥着电磁能量,我们从前关注的“面包圈”本身所发生的一切变化,都只是电磁能量的一种爆发形式而已。

  如果我们把100万伏特的高压打在自己身上,我们肯定会死,可是改变电流的频率,到了某个特定的数值,我们就可以让百万伏特的高压穿过我们的身体而不受到伤害,这个试验自1952年就被很多人成功尝试过。

  这是不是把你吓坏了?但的确,要实现这一点并不难,要做的就只是改变频率。比如说,如果人体全部原子的频率与墙壁全部原子的频率相同,人就能随意穿墙而过;如果人体全部原子的频率做到整齐划一,人就会突然消失。费城实验中的这艘驱逐舰也许就是在这样的情况下消失的。

美国费城实验原理

http://edu.stuccess.com/knowcenter/SF/sciencearticles/trueorfalse/00000006.htm

一、费城实验  
 
  一九四三年,美国军方曾在军舰上进行了一次高磁场强度实验。当磁场到 
达一定高度时,军舰上出现了绿色的光烟雾,进而船员在烟煤雾中时隐时显, 
事后船员走在街上也常出现隐显现象,最后不知所踪,大概消散在大自然中了 
。江苏UFO研究会在80年代也曾计划与南京大学合作进行某些强磁场实验,因强 
度不高而作罢。  
 
  二、费城实验原理------磁电效应  
 
  费城实验之原理是什么呢?当然就是磁电效应,也就是肉体和细胞在强磁 
场作用下的电效应。大家知道,物理学中,双手磨擦可吸附小纸片和小塑膜, 
这是人体磨擦生电效应。人体还具有发光现象,如手光、身光等,光的强弱与 
一个人身体是否健康有关,但这是有限度的。  
 
  “细胞是生物的结构和功能的基本单位,每个细胞既是生命的独立单位又 
在机体内相互协调,构成统一的整体(《辞海》P1161页)”。根据细胞学说, 
细胞具有感光效应和电泳现象。“细胞在直流电场中发生泳动,根据其泳动的 
方向和速率的不同,得知细胞表面电荷的性质和密度的不同,同时也反映了细 
胞表面的组成和分子结构的差异(《辞海》P1161页)”,费城实验中,人体细 
胞在高磁场作用下,产生了更多的电子,增强了电效应,以致人体被完全电化。 
这是生物磁电效应。  
 
  我们再做一个实验,用双掌压住旧干电池的两端运气充电,再放回电筒,你 
会发现电筒光束的亮度增强了。这是生物电光效应。  
 
  生物电子理论在二十世纪上半叶国外就已有人提出,我这里要指的是磁←→ 
电←→光和隐态←→显态之间的关系。  
 
  三、费城实验中的隐显转换  
 
  有人认为人由肉体+发光体组成,也即由实态的躯体+虚态的意识组成(一般 
都是混元气),其实并非完全如此,就象鸡与鸡蛋一样,是先有鸡还是先有蛋? 
是鸡包蛋还是蛋包鸡?在生物的发展历程中已难讲清。磁、电、光可以相互转换 
,费城实验实态的躯体,可以变成虚态的意识体,反之也成立,这就是虚实转换 
、隐显转换和时空转换。虚态意识体可因吸收的内容不同而呈现出显态、透明态 
和光态等不同形态。当生物体转换成虚态中的透明态时,就可产生隐形效应。  
 
  这种由生物电子组成的全息虚态意识体,古今中外并非少见,与实态外星人 
有所不同,现代人称之为“宇宙人”,在中国古代称为“神人”,这在庄子《逍 
遥游》中就已提到。在现代UFO案例中,许多都属于这种现象,如日本爱能媛县 
类人形光团照片,以及宗教和传说等。  
 
  “细胞具有光合作用,以阳光为能源,由无机物合成有机物,并可分为光能 
无机营养型和光能有机营养型两类(《辞海》P1161页)。”“宇宙人”具有某些 
特性:有的可以不食人间烟火,以日光,月光为能源,并显现出多种色彩,有的 
则以空气和水为能源,可以具有多种形态,如点状、团状、带状、人状、或其它 
变形。能自由运动,穿墙过隙或进入地下。“宇宙人”不随时间而衰老,如果会 
衰老的话,也比较慢,这就是时间走廊。但不稳定,易消散成微体或更小的?子 
、?子可象声波载电波一样,发射到太空,把生命的种子传遍宇宙。 

粒子物理中的反物质概念

我们知道,把自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源,它们都是由质子、中子和电子所组成的。这些粒子因而被称为基本粒子,意指它们是构造世上万物的基本砖块,事实上基本粒子世界并没有这么简单。在30年代初,就有人发现了带正电的电子,这是人们认识反物质的第一步。到了50年代,随着反质子和反中子的发现,人们开始明确地意识到,任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。

电子和反电子的质量相同,但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。那么中子与反中子的性质有什么差别?其实粒子实验已证实,粒子与反粒子不仅电荷相反,其他一切可以相反的性质也都相反。这里我们讨论一下重子数的概念。

质子与中子被统称为核子。人们从核现象的研究发现,质子能转化为中子,中子也能转化为质子,但在转化前后,系统的总核子数是不变的。50年代起的粒子实验表明,还有很多种比核子重的粒子,它们与核子也属同一类,这类粒子于是被改称为重子,核子仅是其最轻的代表,一般的规律是:当粒子通过相互作用而发生转化,系统中的重子个数是不会改变的。

由于重子数的守恒性,两个质子相碰是不会产生一个包含三个重子的系统的,那么反核子应当怎么产生?实验表明,反核子总是在碰撞中与核子成对地产生的。例如

p+p → N+N+N+N'+若干 π介子

其中N代表质子或中子,N'代表反质子或反中子。反核子一旦产生,它常很快与周围的某个核子再相碰而咸对地湮灭。例如

N+N' → 若干 π介子

对于比核子更重的重子,情况完全一样。反重子也总是与重子成对地产生,成对地湮灭的。这些经验使人们认识到,重子数的守恒规律需要重新认识。

现在人们把重子数B当作描述粒子性质的一种荷。正反重子不仅有相反的电荷,而且也有相反的重子数B。令任一个重子都具有重子数B=+1,则任一个反重子都具有B=-1。介子、轻子和规范子等非重子不具有重子数,即它们有B=0。重子数的守恒规律可表述为:任何粒子反应都不会改变系统的总重子数B。这表述既反映了不涉及反粒子时的重子个数不变,也概括了反粒子与粒子的成对产生和湮灭。现在我们容易理解中子和反中子的区别了,它们具有相反的重子数B,因此反中子能与核子相碰导致湮灭,而中子则不能。

此外,人们还类似地发现了轻子数的守恒性。中微子虽不带电,也不具有重子数,但它与反中微子具有相反的轻子数。按轻子数的守恒性,中微子与反中微子的物理行为也是很不一样的,实验还表明,介子数和规范粒子数是不具有守恒性的。这样我们看到,电荷只是粒子的一种属性,另外还有用重子数和轻子数等物理量刻画的其他属性。正反粒子的这些属性也都是相反的。

我们周围的宏观物质主要由重子数为正的质子和中子所组成。因此,这样的物质被称为正物质,由他们的反粒子组成的物质相应地叫反物质。从粒子物理的角度讲,正粒子和反拉子的性质几乎完全对称,那么为什么自然界有大量的正物质,而却几乎没有反物质呢?这正是我们现在要讨论的问题。

2 宇宙中有反物质天体吗?

粒子实验已证实,正反粒子的强作用和电磁作用性质完全一样,因此反质子和反中子也能结合成带负电的反原子核,反核和反电子结合在一起,就能组成反原子。我们的正物质世界有多少种原子,相应在反物质世界中也能有多少种反原子,而且它们在结构上将是完全没有区别的,延伸起来讲,大量反原子可以构成反物质的恒星和星系。如果宇宙中正反物质为等量,那么这样的反恒星和反星系就应当存在。因此这给天文学家提出了一个深刻的问题:天上有反恒星和反星系吗?

要由观测来分辨远处星系由物质构成或反物质构成并不容易,至今的天文观测只是接收远处天体所放出的光子。原则上,正物质天体若辐射光子,那么同样的反物质天体应当辐射反光子。但是光子是纯中性的粒子,因此光子与反光子是同一种粒子。这样,天文学家通过可见光、射电、X射线或 γ 射线观测,原则上无法区分他的目的物是由物质构成还是由反物质构成。恒星和星系除了辐射光子外,它们还辐射中微子。中微子与反中微子很不一样,如果天文学家能接收中微子,那么他就能区分物质天体与反物质天体。可惜中微子与任何物质的相互作用都很微弱,造一个能接收它们的仪器很困难。今天用这办法来区分物质天体或反物质天体还办不到。那么让我们问:与我们最邻近的太阳或月亮会是由反物质组彻吗?

月亮是离我们最近的天体,由地面出发的宇航员已在月球上登陆过。如果月球是由反物质组成的,那么在那位宇航员与月球接触时,湮灭过程早已把他转化为介子了。这是直接证据,表明月亮是正物质天体。至于太阳,那是人类没有可能登陆的地方。那么怎么才能知道它不是由反物质组成的呢?太阳表面的气体很热,其中热运动速度较快的原子的速度已超过了太阳表面的逃逸速度,这就是太阳风的起因,若太阳是反物质恒星,太阳风就由反原子组成,它吹到行星上,就会和行星的正原子相湮灭。于是正物质组成的行星会逐渐消失掉,这种消失过程没有发生,就证明了整个太阳系中没有反物质天体。这样,如果要存在反物质天体,它至少应在太阳系之外。

把眼光放远到整个银河系,要问的是:在这个由千亿个恒星构成的系统中,会有一部分是反恒星吗?今天人们也已能肯定地回答:不会有。我们从地面上能接收到太空中飞行的宇宙射线。观测统计表明,宇宙射线粒子中反质子仅是质子的万分之几,并且这少量的反质子是高能粒子碰撞的次级产物,而不是原始的,此外宇宙射线中有很少的 α 粒子(即氦核),但是反 α 粒子却一个也没有发现过,这些事实说明原初的宇宙射线是由正物质组成的。如果银河系中有反物质恒星,那么宇宙射线粒子将与它碰撞而发生湮灭。湮灭产生的 π 0 介子将很快衰变而成 γ 光子。因此这种湮灭过程是能够通过 γ 射线的观测来发现的。正是没能找到湮灭过程所放出的很有特征性的 γ 光子,使人们知道,银河系中并没有反恒星的存在,整个银河系都是由正物质组成的。

我们的宇宙是由大量星系构成的。若在远处有反物质组成的星系,原则上也能用同样的道理来发现。星系之间并不是真空,而是弥漫着很稀薄的气体。因此,若既有正物质星系又有反物质星系,那么正反物质必会相遇,相遇处必会有湮灭过程发生。人们着意地寻找了相应的 γ 射线,而没有找到过。于是得出结论:在三千万光年的范围内不会有巨大的反物质星系存在。若在更远的地方有这种湮灭发生,由于它的信号太弱而没有被发现是不能排除的。所以上述结论是今天的观测能力所能给出的回答。

在这样的结果面前,人们的看法分成了两种。一种认为宇宙中正反物质应当是等量的,需要的是从更远处去寻找反物质星系存在的证据。另一种认为事实已暗示,宇宙中没有大量的反物质存在,需要的是从宇宙的演化中去寻找造成今天没有反物质的原因。

3 继续寻找反物质的努力

1998年的夏天,美国宇航局把阿尔法磁谱仪送上了太空。它的主要目标之一是寻找宇宙射线中的反原子核。由于我国参与了这项研究,因此新闻媒体曾热心地宣传过它。

如果相信宇宙中有等量的物质和反物质,那么在三千万光年之外应有大范围的反星系区存在。在那里,原始的宇宙射线应是由反质子和反 α 粒子组成的。那里的部分宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域。由于星系际大部分地方很空旷,气体的密度约只有每立方米一个质子的质量。因此反原子核可自由地飞行很长的距离。这样,放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。这就是阿尔法磁谱仪计划的基本想法。

上面已提到,实际测到的并不只是原始的射线粒子,它也包含由中途碰撞产生的次级粒子。因此当我们从宇宙射线中发现了反质子,它并不说明远处一定有反物质天体区存在。这些反质子完全可能是次级产生的。反原子核就不一样。它是由若干个反核子结合而成的复合体,所以不可能是碰撞产生的次级粒子。因此,如果能从宇宙射线中观测到那怕只有一个反 α 粒子,它将是有力的证据,表明远处有反物质天体存在。阿尔法磁谱仪能同时准确地测定飞入仪器的粒子的质量和电荷。当太空中有反 α 粒子飞入磁谱仪,它是容易被分辨出来的。这正是设计者所期望的事。现在阿尔法磁谱仪升空已有一年了,它接收到的信息正在陆续送回,其结果无疑非常令人关注。

若阿尔法磁谱仪的观测证实了远处有巨大的反物质区存在,那它肯定是一个里程碑式的成果。它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体,更重要的是它对物理学提出了严峻的挑战。在早期宇宙中,正反粒子必是混合的。按现有的物理理论,没有一种己知的作用力能使它们发生大范围的分离。因此,如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质,物理学将需要突破性的变化。

4 正反物质的不对称疑难

在多数理论家看来,宇宙中正反物质的大尺度分离是不可能发生的。因此,三千万光年的范围内没有反物质天体,已说明宇宙中大块的反物质是不存在的。但是理论家也相信,极早期宇宙中正反物质应当等量。这样,需要做的事是寻找物理机理,来说明宇宙如何才能从正反物质等量的状态过渡到正物质为主的状态。这里,理论家也遇到了非常尖锐的困难。

按照大爆炸理论,甚早期宇宙介质的温度非常高。粒子间的热碰撞会成对地产生任何基本粒子。当粒子的成对湮灭与成对产生达到统计平衡,宇宙介质就是一切基本粒子构成的混合气体,且任一种稳定或不稳定的粒子都有接近相等的数密度。至于重子和反重子的数目是否严格相等,这不是由物理规律决定,而是由初条件决定的。

在理论家看来,在最初的宇宙中正反粒子应当等量才自然。但是易于看出,若这想法是对的,重子的守恒性立即会给出与事实明显不符的推论。当宇宙的膨胀使气体温度降至10 13 K以下,由于粒子的热动能已不够,热碰撞成对产生重子已不可能。于是湮灭过程将使正反重子的数目同时迅速下降。最终,宇宙中将既没有重子,也没有反重子。这显然不是真实宇宙的情景。事实上,今天宇宙中光子的数目最多.重子的数目是它的十万万分之一左右,反重子的数目很可能还要低许多量级。如果重子数B的守恒性是严格的物理规律,要宇宙从正反重子等量的状态演化成今天这样的状态是不可能的。然后,理论家又不能相信在原始的宇宙中重子就会多于反重子,那么问题的出路在哪儿?

重子数B的守恒性肯定是严格成立的物理规律吗?至今难以计数的拉子实验确实没有发现过一个破坏重子数守恒的事例,但是这并不说明它一定是严格的规律。回顾一下化学的发展可作借鉴。化学反应是元素的重新组合。经验表明,在重组合的前后,每一种元素的原子数是守恒的,无数的化学实践表明没有例外。想把汞变金的炼金术的失败,更从反面提供了证明。但是有了核反应的知识后人们已清楚知道,汞变成金完全可能,关键在于要有高的能量让原子核发生变化。化学反应是在粒子能量小于1eV的条件下进行的,这条件下原子核不能相互接触,核反应就不能发生。若过程中粒子的能量超过1MeV,原子核之间就能充分接近,那么原子核就能变化了,原子数的守恒性也就随之破坏了。由此看来,原子数在化学过程中的守恒不是偶然的,但是它仅是低能下的唯象规律,而不是普遍成立的自然规律。借鉴同样的道理,重子数的守恒性也可能仅是一定能量范围的唯象规律,而不是普遍成立的。当粒子的能量更高,重子数的守恒性完全可能会不成立,这正是今天的理论家看到的出路。

从70年代中期起,粒子物理中由弱电统一理论的成功,掀起了研究相互作用大统一的潮流。按这样的理论,高能下发生破坏重子数守恒的过程是自然的事,粒子物理中的这一潮流与宇宙学解决正反物质不对称疑难的需要不谋而合了。于是这疑难问题作为粒子物理和宇宙学的交叉领域而得到了很多进展。人们已清楚,要从正反物质等量的早期宇宙演化出今天正物质为主的状态,除了重子数守恒须可能被破坏外,正反粒子的相互作用性质还必须有适量的差别。由于超高能下的粒子物理规律至今还没有被掌握,因此实际上自然界是否确实具备这两个要素,尚不能回答,人们正在试探和摸索之中,如果今天的宇宙中只有正物质天体是事实,问题是否能按这思路得到解决也还并不完全肯定。

总之,为彻底揭开宇宙反物质之谜,前面还有漫长路要走。人们已能预料,这问题的解决不仅对认识宇宙是重要的,它对物理学的影响也将是很深刻的。
下面将小说《天使与魔鬼》(丹·布朗著)中提到的一些:
反物质是人类目前所知的威力最大的能量源。它能百分之百的效率释放能量(核裂变的几率是百分之一点五)。反物质不造成污染,也不产生辐射,一小滴反物质就可以维持整个纽约城全天的动能。
先别过于乐观,,个中可隐藏着危机……
反物质极不稳定,它可以把接触到的任何东西化为灰烬……连空气也概莫能外。仅仅一克反物质就相当于20千吨当量的核炸弹的能量——相当于当年扔在广岛的那颗原子弹的能量。

反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质
当你照镜子时,镜中的那个你如果真的存在,并出现在你面前,会怎么样呢?科学家们已经考虑过这个问题,他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界,它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分。

 

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