宇宙中的反物质
以哲学的判断,世界万物是相辅相成的,有正必有反,有正必有负,有生必有灭,有亮必有暗……有物质必有反物质。可是科学家在力所能及的范围内就是找不到反物质。如果找到反物质,将使人类生活大为改观,当然这还在憧憬之中。
大家知道物质是由分子组成的,分子又是由原子组成的,而原子又是由原子核和电子组成,原子核由质子等粒子组成。按照物理学中的等效真空理论,宇宙中的每一种粒子都应该有一与之对应的反粒子,它带有数值相等而符号相反的电荷;宇宙中有多少由质子、中子和电子结成的物质,就必定有同样多的反质子、反中子和正电子结成的反物质,宇宙中的正反物质应该是严格对称的。
通过几十年来的观测,天体物理学家已经确认,我们的星系和星系团以至包括我们的超星系团在内的大约离地球一亿光年的空间范围内是由物质组成的而没有反物质。但量子力学认为,各种基本量(如电荷和动量)是守恒的,宇宙创生时产生了物质,必然产生了相等的反物质。例如物质世界中最简单的由于反物质所产生的应该与物质是的,所以从光谱上无法确定反物质的存在。分辨物质和反物质的唯一办法是对所研究的星系物质进行物理检验,宇宙射线就是由超新星遗留物、恒星或别的天体碎屑放出的原子类物质,由反物质形成的宇宙射线必定来自一亿光年之外的星系,它只占宇宙射线的百万分之一。到目前为止,用各种方法所接收到的宇宙11线中仅发现少量的反质子而没有发现反物质的存在。
目前虽然发现和制造的反物质粒子并不多,但反物质的一种形式一正电子已经有了许多实际用途。例如正电子发射X线层析照相术(PET),医生利用PET扫描不仅能得出患者软组织的详细图像,而且能够观察他们体内的化学过程,其中包括在进行认识活动时大脑各部分消耗“燃料”的速度。
反物质的一个潜在且十分诱人的用途是作为制造星际航行火箭的超级燃料。将氢和反氢混合煙灭来获得能量,那么这种燃料的0:1克所产生的推力就相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料。
物质和反物质这一物理体系给物理学家、化学家、天体物理学家带来一系列新的课题,同时也给人类带来新的憧憬。
宇宙尘埃
宇宙中除了大量人类可见的天体外,也有大量人类不可见、不易见的尘埃。这些尘埃每年降落到地球表面的就达23430吨,对我们的生活产生着不容忽视的影响。这些尘埃是由哪些成分组成,又是怎样形成的呢?科学家们给了我们以下的解释。
宇宙尘埃指的是飘浮于宇宙间的岩石颗粒与金属颗粒。在广袤而空旷的宇宙之间,除去各种各样的恒星、大行星、着星、小行星等天体之外,并不是一片完全的真空。
事实上,宇宙中存在着大量的宇宙尘埃,这些尘埃看似不起眼,却能对我们的生活产生不容忽视的影响。
从物质上进行分析,宇宙尘埃其实和组成地球的成分没有什么区别。但出于种种原因,这些尘埃并未能够聚合成一颗星体,而是呈微粒状悬浮于宇宙空间之中。在适当的引力作用下,这些在天文望远镜的镜头中,往往显得绚烂多彩,因此人们将之形象地称为“星云”。
这些宇宙尘埃在落到地尘埃很有可能较为密集地聚集在一起,呈云雾状,球上之前’是星际尘埃的一部分。由于它们反射太阳光线,形成了黄道光的模糊光带。在几百万年的时间内,尘埃颗粒不断向太阳旋转前进,并不断从小行星带得到补充。据有关专家测定,粒径大于0微米的宇宙尘埃,年降落量约为23430吨。宇宙尘埃的结构和地球一样具有核一一壳三重结构,而且每个球粒的核心半径大于厚与壳厚,它们之间的平均厚度百分比为53.3:46和4:0.8。其比值与地球的核一一壳厚度之间百分比相近。宇宙尘埃,大致有三种类型:一种外表颜色呈黑色或黑褐色,外表光亮耀眼,极像一颗颗发亮的小钢球;第二种是暗褐色或稍带灰白色的球状、椭球状和圆角状的小颗粒,主要成分为氧、硅、镁、钙、铝等;第三种是一些无色或淡绿色的玻璃球,主要成分为二氧化硅,还含有少量的二价氧化物。
当宇宙存在仅有七亿年的时候,许多星系便充满了大量宇宙尘埃,究竟这些尘埃是怎么产生的呢?近期,天文学家根据美国宇航局斯皮策太空望远镜的观测结果宣称,宇宙尘埃可能来自n型超新星,当这些宇宙大型星体发生剧烈爆炸时会释放出许多宇宙尘埃,是它们孕育了宇宙尘埃。
宇宙尘埃是星系、恒星、行星和宇宙生命体的重要组成部分。宇宙尘埃的形成一直是天文学界的难解之谜,直至近年科学家才发现宇宙尘埃形成的两种方式:
一是具有数10亿年生命史的类太阳星体释放出的流溢物;二是太空中微粒缓慢浓缩过程释放的物质。然而,这两种观点却无法解释宇宙存在仅数亿年时宇宙尘埃是如何形成的。天文学家认为,宇宙早期尘埃可能来自超新星爆炸,但却很难获得相关确凿的证据。
目前’天文学家们使用斯皮策太空望远镜、哈勃空间望远镜和位于夏威夷岛地面的双子北座望远镜进行了新一轮的观测分析。美国空间望远镜科学协会本·苏根曼博士和同事们发现:在SN2003gd超新星(一种大型n型超新星)的残骸中存在大量的热尘埃,该超新星残骸位于距地球3千万光年的M74旋涡据悉,
像SN2003gd这样的星体生命很短暂,只生存数千万年。苏根曼博士的这项研究显示超新星可释放大量的宇宙尘埃,他认为早期宇宙中的尘埃很可能就来自:n型超新星爆炸。苏根曼博士说:“这项研究颇具吸引力,当科学界对宇宙尘埃来源的解释模棱两可时,它最终解释了超新星爆炸孕育了宇宙尘埃。”
由于超新星很快会变灰暗,科学家需要精确灵敏度高的望远镜观测当超新星最初爆炸数个月之内的状况。科学家猜测许多超新星都会制造大量宇宙尘埃,但是过去由于技术的局限使科学家们无法解释宇宙尘埃的来源之谜。苏根曼博士说:“人们早在40年前就猜测超新星可能制造宇宙尘埃,但相关的证实技术只是近年内才得以实现。我们使用斯皮策太空望远镜能够精确地看到热尘埃是如何形成的。
”英国伦敦大学迈克尔·巴洛博士称,宇宙尘埃是构建着星、行星和生命的基本要素。这项最新研究显示超新星可能是宇宙尘埃的主要来源,但目前天文学家对宇宙尘埃形成的研究认识仍不完善。
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