物理学家称宇宙物质富余或由星系自转造成

2011年07月19日 11:03   来源:新浪   晨风
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  根据爱因斯坦的广义相对论,这样一个质量巨大的天体自转时的速度和角动量会造成其周遭时空的扭曲。

  新浪科技讯 北京时间7月19日消息,宇宙中物质的量多于反物质,根据一项最新研究结果,关于这一问题的答案或许和星系的自转有关。

  反物质是物质的奇特“同胞”,物理学认为任何一种物质的粒子都存在着质量相同但电荷相反的反粒子。当物质和反物质粒子相遇时就会发生所谓的“湮灭反应”,其质量完全转化为能量,在一阵剧烈的爆炸中灰飞烟灭。

  我们的宇宙完全是由物质组成的,这一事实本身让科学家们困惑不已。宇宙在137亿年前大爆炸中诞生时,应当会产生一样多的物质和反物质粒子,它们应当早已相互湮灭,从而使宇宙中一片空寂,没有任何物质也没有任何反物质。他们不能理解为何物质竟然“幸存”了下来,也因此有了星系,地球和我们每一个人的存在。

  关于我们为何竟然能存在的这一问题,物理学家们还没有找到很好的解释。但是现在一项最新的研究似乎能给我们指出一个可能的方向。

  英国华威大学物理学家马克·哈德利(Mark Hadley)计算了我们银河系在自转时对周遭时空的拖拽作用。根据爱因斯坦的广义相对论,这样一个质量巨大的天体自转时的速度和角动量会造成其周遭时空的扭曲,称为“惯性系拖曳效应”(frame-dragging)。

  由于银河系的巨大质量,其造成的时空扭曲效应相当于地球造成的同种效应强度的100万倍。

  这种效应导致的时空变化,尤其是时间膨胀(time dilation),反过来又会影响粒子的衰变。由于它们不同的属性,物质和反物质对于时间膨胀会做出不同的反应,也因此会形成不同的衰变速率。

  物理学家们测量了这种物质和反物质之间存在的衰变速率不对称,即“宇称破坏”(charge-parity violation)。但是到目前为止还没有人能回答就是是为什么会出现这种不对称。

  “这种破坏已经被测量到,但是没有被解释。”哈德利说,“而此次的这项研究显示我们在实验室中观察到的一系列结果可能是星系自转扰动本地时空的结果。如果这一研究被证实,那么这就意味着自然界本身便是不对称的。”

  不过哈德利也认为在基本层面上,物质和反物质是对称的,只是它们对于由于星系自转产生时空变化效应的反应不同。他表示,如果将宇宙作为一个整体来考察,应当会发现不同层面上的时空扭曲或拉伸将被抵消,而宇称破坏将消失。

  哈德利在《欧洲物理学通报》中写道:“宇称破坏被视作是宇宙中物质富余的一个关键性解释,但是目前观察到的宇称破坏还不足以解释我们今天所观察到的宇宙。”

  他认为,应当用时空扭曲的观点来解释这种不对称。或许宇宙早期形成的大尺度结构存在的自转导致的巨大时空效应会引发强烈的不对称,从而直接影响物质和反物质的分布。

  他还提出了一系列检验这一理论的建议:他建议其他科学家可以使用位于瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心(CERN)的“大型强子对撞机”(LHC)进行验证,或者观察美国加州斯坦福大学SLAC粒子物理实验室的BaBar实验结果数据。这项实验是专门利用B 介子进行宇称破坏情形下粒子衰变研究的。

  他说:“这项研究结果是可验证的,所有数据都已经存在于核子研究中心或斯坦福大学。”(晨风)

(责任编辑:木木苏)

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