反物质、暗物质、暗能量,这三个名字听起来有些怪异,仿佛是电影中的反派角色。但实际上,它们在物理学领域是极为关键的存在,虽然彼此之间并无直接联系。
让我们先来探讨反物质。反物质这一概念源自狄拉克的,我之前已有提及,有兴趣的读者可以查阅我关于反物质与暗物质的文章,具体日期为……日。反物质是与普通物质性质相反的物质,其基本特性都是相反的。那么它在浩渺的宇宙中扮演着怎样的角色呢?尽管反物质在宇宙中的生存时间极为短暂,仅约三秒,但如果它能够存活下来,那么普通的物质可能就无法占据主导地位了。在宇宙诞生之初,大量反物质与物质同时出现,但由于某些原因,物质比反物质多产生了那么一点点,大约十亿分之一的差距。随后发生的大湮灭中,所有的反物质与大部分普通物质相互抵消,仅留下了那些多出的一点点普通物质,最终形成了我们现在所见的宇宙万物。至于现有的反物质,它们在各种自然过程中产生,比如在太阳内部的核聚变过程中。正电子便是反物质的一个例子。它们在这些角落扮演着辅助角色,我们可以称之为“跑龙套”。除此之外,日常生活中的某些过程也会产生反物质,例如钾-40的β+衰变就能产生正电子。但这些反物质的数量极其微小,我们无法感知到它们的影响。
接下来谈谈暗物质。暗物质是一种隐形存在,它没有我们所熟知的一些物理特性,如电荷、可见性等。就好像一个隐身人穿梭于宇宙间。虽然它在我们的故事中不可或缺,但它神秘得令人难以置信。早在上世纪三十年代末的某些天文观测中,科学家们就发现了星系团内星系间的运动异常现象。这些观测结果与传统的理论计算结果存在巨大差异。科学家开始怀疑这些星系中存在大量的不可见物质来维持它们的平衡和运动。随后的观测和测量进一步证实了这一猜想。尽管目前的理论存在争议,但大多数科学家更倾向于接受存在大量不可见的暗物质而非修正理论。科学家们对暗物质的探索从未停止过,包括发射暗物质粒子探测卫星等。然而至今尚未有确凿的证据证明暗物质的存在。尽管它仍然是个传说般的存在,但我们对其特性的了解逐渐加深:有静止质量并参与引力相互作用;不参与电磁相互作用和强相互作用;运动速度较慢等。