漫談暗能量與反物質（中）

2023-04-01 14:29:58 4

談論暗能量和反物質(中)

陳思進

文|陳思進

我在前一篇文章(關於暗能量和反物質的隨機對話(第一部分)(見2020年1月3日《大眾科學時報》第三版)中寫道，在20世紀90年代，科學家通過觀察和測量研究發現，在60億年前，一些「神秘的力量」開始發揮主導作用，導致宇宙從緩慢膨脹轉變為加速膨脹，導致可觀察到的星系以光速(甚至更快)遠離我們。科學家將這種「神秘力量」命名為「暗能量」。

那麼，什麼是「暗能量」？科學家們逐漸提出了各種理論模型，一般分為兩類:

第一類暗能量的候選者是愛因斯坦當年留下的宇宙常數(宇宙常數在數學中用希臘語「λ」表示，因為它是常數，所以愛因斯坦稱之為宇宙常數)。起初，愛因斯坦出於他對靜態宇宙的哲學信念，把這個常數加到他的方程中，這樣它的方程就可以得到靜態宇宙的解。然而，在哈勃觀測到「哈勃紅移」並得到宇宙正在膨脹的結果後，愛因斯坦放棄了宇宙常數，認為這是「他一生中最大的錯誤」(完全出乎意料，這可能是一個「赤手空拳」)。

此外，科學家曾經完全「拋棄」宇宙常數，因為他們懷疑宇宙正在減速和膨脹。然而，人們發現宇宙正以加速的速度膨脹，並再次被拾起。此外，科學家們明白，這個宇宙常數可能相當於真空零點能量，或者宇宙加速膨脹是宇宙常數和真空零點能量共同作用的結果。

順便說一下，我所屬的一個科幻微信群曾經討論過一個問題:宇宙正在膨脹。我們人類、地球和太陽也會膨脹嗎？

事實上，它不會！

因為在這些系統中，重力佔主導地位。此外，如果我們太陽系中的一切都在膨脹，我們就不可能發現宇宙在膨脹。

那麼我們如何測量暗能量的嚴重性呢？

宇宙中可能有兩種引力，即引力和斥力(如上所述，愛因斯坦早在廣義相對論中就提到萬有引力可以把物質推開)。我們所說的萬有引力是這兩種引力的合力，排斥力被抵消了。

換句話說，在宇宙中沒有天體的地方，物質的密度太低，使得排斥力佔主導地位，整個宇宙都在膨脹。此外，如果「暗能量」帶來的排斥力大於重力，宇宙將膨脹得更快。相反，宇宙會減速膨脹。

在「暗能量」的其他候選者中，根據量子力學的不確定性關係和廣義相對論中的引力效應提出的「動態標量場」也被認為是對「暗能量」基本理論的有效描述。

此外，還有所謂的「鬼模型」和「本質模型」。「幽靈模型」是對暗能量的極端預測，也被科學家稱為「魔法能量」。對這一模型的研究認為，如果「暗能量」足夠「強」，那麼隨著宇宙的膨脹，「暗能量」的比例也會越來越高，宇宙很可能會產生「大裂縫」，最終甚至原子也會被撕裂。

然而，每個人都不應該擔心。因為目前的觀測數據顯示，最有可能的「暗能量」模型非常接近愛因斯坦預測的宇宙常數——神聖的預測。所以現在，我們的宇宙不會被撕裂。退一萬步說，即使有一個巨大的裂縫，至少也要500億年後...

由於篇幅有限，我們在此不再重複。然而，應該特別注意的是，這些不同的模型對宇宙的命運有不同的預測。

目前，除了「暗能量」加速了宇宙的膨脹之外，我們所知甚少，只有科學家在等待解開這個謎。

反物質呢，它與「暗能量」有關？

我最喜歡的作家之一，丹·布朗(暢銷書《達·文西密碼》的作者)，在他的小說《天使與魔鬼》中，描述了一個少數極端分子用從歐洲核子研究中心偷來的「反物質炸彈」炸毀梵蒂岡的陰謀。

如果「暗能量」足夠強，這類似於「撕裂」宇宙。當物質和反物質相互碰撞時，會引起巨大的爆炸，其威力比氫彈大很多倍。

上世紀初，物理學家發現原子由一個緻密的原子核(帶正電)和圍繞它的一些電子(帶負電)組成。原子核由質子(帶正電荷)和中子(帶中性電荷)組成。因此，當物理學家在20世紀30年代意識到每一個粒子都有一個孿生兄弟，一個反粒子，但卻有相反的電荷時，這是相當令人震驚的！

第一個發現的反粒子是反粒子帶有正電荷，叫做正電子。正電子和電子有完全相同的特性，只是它們帶相反的電荷。它首先在雲室拍攝的宇宙射線照片中被發現。當置於強磁場中時，正電子轉向與普通電子相反的方向。

反物質長期以來一直是科學界關注的焦點。儘管《天使與魔鬼》中的「反物質炸彈」還不存在，物理學家已經使用了強大的核粒子加速器來產生非常少量的反物質用於研究。

1955年，加州大學伯克利分校的粒子加速器貝沃特·羅恩產生了第一個反質子。正如所料，反質子和質子完全一樣，只是它們帶有負電荷。

這意味著在理論上，我們也可以製造反原子(正電子圍繞反質子旋轉)、反元素、反化學、反人類、反地球、反太陽等等……...甚至反宇宙。

讓我們以後再談。