遐想篇（1）---反物質的世界

幾天前夜半醒來難以入睡，就上網想找些單調無聊的讀讀作為 催眠，於是便在google打入了宇宙膨脹（Space Expansion）。本以為相關題目的文章隻要讀了三行兩行就會打瞌睡的，可沒想到現在老美的科普文章寫得非常的引人入勝，一開了頭，一個鏈接接著一個鏈接，一個題目接著一個題目，還收不住了，不但讀了宇宙膨脹，還接著遊走到了大爆炸，以及大爆炸時期的正反物質的話題，以及其它，不亦樂乎。其中關於宇宙膨脹和大爆炸時期的正反物質的介紹引起了我特別的興趣，並使我浮想聯翩。下麵先來給有興趣的讀者科普一下我所學到的相關知識，再來漫遊一下我自己由此而產生的遐想。

1.       宇宙膨脹

關於宇宙膨脹之說早有耳聞。但在很長一段時間裏一直有個錯誤的觀念，那就是以為宇宙膨脹是因為大爆炸之後各星體相互離去所以彼此之間的間隔空間增大，整個宇宙就表現為膨脹。其實，現在科學家已經探明我們所認為的虛無的空間 並不是完全的虛無，而是一種自身在不斷膨脹的存在，這種膨脹並不是兩個物體由於相對運動而造成的彼此之間的間隔的增加，而是空間本身在增大。不過科學家們也認為這種空間的增加隻能在星體之間的太空中才會真正地發生，而在我們太陽係內，由於萬有引力的作用至少現在還測量不出空間自身的這種膨脹。

科學家們還發現，由於空間自身的膨脹，宇宙中的各星體彼此相互之間不斷遠離，而這種相對離去的速度隨著兩個星體之間的距離增大而增大。由於宇宙整體體積非常巨大，所以相距極為遙遠的兩個星體之間的相對離開的速度可以超過光速。而愛因斯坦的相對論告訴我們光在真空中的傳播速度是恒定的，而有能量的信息的傳播速度一定會小於光速。所以，那些彼此之間由於空間膨脹而以超光速相對遠離的星體之間就不可能存在任何信息的交流，就象生存在兩個完全不相幹的世界裏似的，其中任何一個世界裏的任何對有能量信息的測量器都無法探測到另一個世界裏的任何信息。

2.       反物質

關於反物質的存在也早就略知一二。不過這次的夜讀，又給我增添了一些相關的知識。所謂的正物質就是我們現在生活於其中的宇宙中的一切物質（除了科學家們偶爾在實驗室裏整出來的幾顆反粒子之外）；反物質就是指由反粒子組成的物質，而反粒子粗粗地說來就是什麽特性都和正粒子一樣但是一旦與相對應的正粒子碰上，兩者就非常親熱地一起轉化為光或某種射線。所以說，如果現在宇宙中還存在著反物質的星係的話，那麽一旦一個反物質的星係與我們的太陽係相遇，我們大家就會莫名其妙地被瞬間轉化為能量了。所幸的是，目前科學家們還沒有發現宇宙中存在著反物質的物體。

根據現有的大爆炸理論，當初大爆炸發生時，正反物質是成對地產生的，然後絕大多數正反物質又都成對地親熱在一起轉化為了能量。但是在大爆炸初期產生的反物質中有很小的一部分消失了，於是相應的那部分沒有與反物質親熱掉的物質便形成了我們現在生存於其中的物質世界。關於那部分反物質消失的原因科學家們還沒有得到一個確定的答案，目前的一個被比較普遍地接受的解釋是，正反粒子其實並非是象人們一開始以為的那樣是完全對稱的，而是由於某種未知的原因而有著不同的半衰期，所以有一部分反粒子在還沒有碰到可親熱的正粒子之前就消失了。如果果真如此，我們就可不必再為自己的那一半哪天突然從宇宙中的某個地方回來尋親而帶著我們一起轉化為能量而擔心了。

但是，並非所有的科學家都同意最初的那部分反物質的“消失”完全是由於物質與反物質之間的不對稱造成的。理由很簡單，如果那部分反物質是由於正反物質之間的某種不對稱而消失的，那麽那種不對稱也是非常微小的，至少其作用是非常微小的，因為科學家們現在普遍認為消失掉的反物質與曾經產生過的反物質相比是很小的一部分。既然可能存在的正反物質之間的不對稱的作用是很微小的，那麽就很難排除其它可能具有同等甚至更大的作用效果的原因造成一部分反物質“消失”的可能。

。。。。。。

在夜讀了上麵這兩段科普之後，更難以入睡的我便開始浮想聯翩了。我想，既然在大爆炸之後，宇宙的空間膨脹很快就發生了，而且在宇宙中相對相距很遠的物質（當宇宙冷卻之後便形成了星體）可能會由於宇宙膨脹的原因彼此之間永遠不得再相互暗送秋波，那麽從動力學的角度來看完全沒有理由認為在彼此之間被空間膨脹而分開的物質群的每一部分中的正反物質的分布是完全均勻。既然由於在爆炸初期四散而去的物質群的各個局部之間存在著正反物質分布不均勻的可能，那麽就有可能存在著有兩部分或更多部分的正反物質群在自身內部的正反物質彼此抵消之後，還剩下了單純的正物質群和反物質群，而這些正物質群與反物質群之間由於宇宙膨脹的原因而永遠地兩相分離了，隨後隨著各自溫度的冷卻而各自演化成正反宇宙天體，而在正天體的一方的某個角落產生了我們人類。。。

想到這裏，我不由得想到了很多科幻作家們幻想存在的時空隧道旅遊。假如我們正物質的宇宙的另一半由於宇宙膨脹而與我們分割在遙遠的各一方，那麽還是千萬不要有時空隧道旅遊的好。如果哪一天真的發現了可以有時空隧道旅遊的話，萬一誰一不小心遊到了他的反物質兄弟的家中那可真的將是一去不回了。更可怕的是，如果我們的反物質弟兄們哪天一不小心從時空隧道中遊到了我們這裏，與誰親熱誰也受不了。當然，如果反物質確實想某些科學們假設的那樣都衰退掉了，我們也就不必擔心了。遺憾的是，目前科學家們並不能確切地給出這一結論。。。。。。

 

[慕容青草]

三個月前寫的這篇《遐想篇（1）》產生了一些令我始料不及的後續。。。當初寫這篇文章的時候，雖然因為自己不在這個領域裏不敢肯定這裏遐想的結論是否早已成為常識，但是對這裏的結論本身的正確性還是蠻有把握的，之所以把它作為遐想是因為自己基本上從哲學的角度進行思辨，沒什麽實驗的或數學的過程。。。我寫完這篇文章後，出於好奇，將此文譯成英文放在物理專業的論壇上，結果出乎我意料的是先是招來一陣專業物理人員，包括論壇資深Mentor的攻擊，結果在發現他們根本無法從物理邏輯上證明我是錯的之後，便說我的這個想法無法證偽。。。。。。考慮到今天前端物理的大量理論都是無法證偽的現實，我的這個幾乎是純哲學思辨的結論能夠得到一個無法證偽的但卻是專業人員從未想到過的這一點令我大為欣慰，也大為鼓勵，打算繼續以遐想的形式來寫一些，有基本的依據，有哲學的思辨，但卻沒有嚴格的實驗及數學推導的內容。。。。。。
這裏在對本文的一些基本物理依據作一總結，以方便讀者理解：
1）根據目前的大爆炸理論，在大爆炸的初期，高能高密度的宇宙裏正反粒子不斷地成對地產生，然後又通過正反粒子的碰撞而消失並轉變為能量；
2）在大爆炸後的某個時間點，宇宙劇烈膨脹；
3）現在的前端物理學家們認為，今天現存的正物質的量隻是大爆炸初期曾經有過的正反物質的幾十億分之一，根據統計物理的漲落的概念，這屬於是漲落的誤差範圍之內；也就是說，根據統計物理的原理，當初的正反粒子的分布本來就不應該是理想的完全均勻的，而是應該有局部的漲落的，因此當宇宙在大爆炸發生後的某個時間點突然發生劇烈膨脹時，有的局部的地方由於分布密度的漲落的原因而擁有誤差範圍之內的相對較多的正粒子，而有的局部擁有稍微較多的反粒子是完全符合統計物理的漲落原理的；
4）今天的宇宙膨脹理論認為我們的宇宙自身在膨脹，而且由於這個自身的膨脹，相距較遠的星體之間的遠離速度可以超過光速；
5）根據愛因斯坦的狹義相對論能量和物質的傳遞及運動速度不可能超過光速。所以上麵的4）就意味著在今天的宇宙中存在著彼此之間根本不會有除了有人曾設想過的量子關聯以外的任何信息的聯係的星體；考慮到前麵提到過的在大爆炸後的某個時間點當宇宙發生劇烈膨脹時，存在局部正粒子占多數和局部反粒子占多數的區域是符合統計物理原理的這一點，那麽如果這些局部相距較遠那麽由於宇宙膨脹的緣故，它們彼此之間就可能永遠再無法相遇，也就無法再由於碰撞而消失並轉變為能量。。。。。。再考慮到今天我們所能了解到的宇宙的總質量隻是當初曾經存在過的正反粒子的總質量的幾十億分之一，那麽我們可以說下述結論成立的幾率是非常之高的：
我們所能接觸到的宇宙範圍之外還存在著一個與我們的總質量相等的反物質宇宙，由於宇宙膨脹的原因，那個反物質宇宙以超光速離我們的宇宙遠去，因此兩個宇宙之間不可能存在任何除了理論上或許可能的量子意義上的聯係之外的聯係。。。。。。

[慕容青草]

臥看明河: 我對宇宙學的了解隻在科普的水平，不過我也讀過相關報導，諸如CP Violation等，認為正反物質的物理特性（不是生成概率）不是對稱的，但仍然是成對地出現，而且認為現在存在的正物質與曾經有過的反物質量相比隻是一個很小的量階而已。。。
但是，據說目前還沒有一個是被大家公認的定論。。。。。。歡迎臥看明河朋友將你所了解的資料拿來介紹一下，一定會有網友感興趣的。。。

[臥看明河]

現在的理論已經知道，在極高能情況下（例如宇宙之初）正反物質的生成概率是不對稱的。我們這個宇宙裏即使有反物質也應該極其稀少。