遐想篇（1）---反物质的世界

几天前夜半醒来难以入睡，就上网想找些单调无聊的读读作为 催眠，于是便在google打入了宇宙膨胀（Space Expansion）。本以为相关题目的文章只要读了三行两行就会打瞌睡的，可没想到现在老美的科普文章写得非常的引人入胜，一开了头，一个链接接着一个链接，一个题目接着一个题目，还收不住了，不但读了宇宙膨胀，还接着游走到了大爆炸，以及大爆炸时期的正反物质的话题，以及其它，不亦乐乎。其中关于宇宙膨胀和大爆炸时期的正反物质的介绍引起了我特别的兴趣，并使我浮想联翩。下面先来给有兴趣的读者科普一下我所学到的相关知识，再来漫游一下我自己由此而产生的遐想。

1.       宇宙膨胀

关于宇宙膨胀之说早有耳闻。但在很长一段时间里一直有个错误的观念，那就是以为宇宙膨胀是因为大爆炸之后各星体相互离去所以彼此之间的间隔空间增大，整个宇宙就表现为膨胀。其实，现在科学家已经探明我们所认为的虚无的空间 并不是完全的虚无，而是一种自身在不断膨胀的存在，这种膨胀并不是两个物体由于相对运动而造成的彼此之间的间隔的增加，而是空间本身在增大。不过科学家们也认为这种空间的增加只能在星体之间的太空中才会真正地发生，而在我们太阳系内，由于万有引力的作用至少现在还测量不出空间自身的这种膨胀。

科学家们还发现，由于空间自身的膨胀，宇宙中的各星体彼此相互之间不断远离，而这种相对离去的速度随着两个星体之间的距离增大而增大。由于宇宙整体体积非常巨大，所以相距极为遥远的两个星体之间的相对离开的速度可以超过光速。而爱因斯坦的相对论告诉我们光在真空中的传播速度是恒定的，而有能量的信息的传播速度一定会小于光速。所以，那些彼此之间由于空间膨胀而以超光速相对远离的星体之间就不可能存在任何信息的交流，就象生存在两个完全不相干的世界里似的，其中任何一个世界里的任何对有能量信息的测量器都无法探测到另一个世界里的任何信息。

2.       反物质

关于反物质的存在也早就略知一二。不过这次的夜读，又给我增添了一些相关的知识。所谓的正物质就是我们现在生活于其中的宇宙中的一切物质（除了科学家们偶尔在实验室里整出来的几颗反粒子之外）；反物质就是指由反粒子组成的物质，而反粒子粗粗地说来就是什么特性都和正粒子一样但是一旦与相对应的正粒子碰上，两者就非常亲热地一起转化为光或某种射线。所以说，如果现在宇宙中还存在着反物质的星系的话，那么一旦一个反物质的星系与我们的太阳系相遇，我们大家就会莫名其妙地被瞬间转化为能量了。所幸的是，目前科学家们还没有发现宇宙中存在着反物质的物体。

根据现有的大爆炸理论，当初大爆炸发生时，正反物质是成对地产生的，然后绝大多数正反物质又都成对地亲热在一起转化为了能量。但是在大爆炸初期产生的反物质中有很小的一部分消失了，于是相应的那部分没有与反物质亲热掉的物质便形成了我们现在生存于其中的物质世界。关于那部分反物质消失的原因科学家们还没有得到一个确定的答案，目前的一个被比较普遍地接受的解释是，正反粒子其实并非是象人们一开始以为的那样是完全对称的，而是由于某种未知的原因而有着不同的半衰期，所以有一部分反粒子在还没有碰到可亲热的正粒子之前就消失了。如果果真如此，我们就可不必再为自己的那一半哪天突然从宇宙中的某个地方回来寻亲而带着我们一起转化为能量而担心了。

但是，并非所有的科学家都同意最初的那部分反物质的“消失”完全是由于物质与反物质之间的不对称造成的。理由很简单，如果那部分反物质是由于正反物质之间的某种不对称而消失的，那么那种不对称也是非常微小的，至少其作用是非常微小的，因为科学家们现在普遍认为消失掉的反物质与曾经产生过的反物质相比是很小的一部分。既然可能存在的正反物质之间的不对称的作用是很微小的，那么就很难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质“消失”的可能。

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在夜读了上面这两段科普之后，更难以入睡的我便开始浮想联翩了。我想，既然在大爆炸之后，宇宙的空间膨胀很快就发生了，而且在宇宙中相对相距很远的物质（当宇宙冷却之后便形成了星体）可能会由于宇宙膨胀的原因彼此之间永远不得再相互暗送秋波，那么从动力学的角度来看完全没有理由认为在彼此之间被空间膨胀而分开的物质群的每一部分中的正反物质的分布是完全均匀。既然由于在爆炸初期四散而去的物质群的各个局部之间存在着正反物质分布不均匀的可能，那么就有可能存在着有两部分或更多部分的正反物质群在自身内部的正反物质彼此抵消之后，还剩下了单纯的正物质群和反物质群，而这些正物质群与反物质群之间由于宇宙膨胀的原因而永远地两相分离了，随后随着各自温度的冷却而各自演化成正反宇宙天体，而在正天体的一方的某个角落产生了我们人类。。。

想到这里，我不由得想到了很多科幻作家们幻想存在的时空隧道旅游。假如我们正物质的宇宙的另一半由于宇宙膨胀而与我们分割在遥远的各一方，那么还是千万不要有时空隧道旅游的好。如果哪一天真的发现了可以有时空隧道旅游的话，万一谁一不小心游到了他的反物质兄弟的家中那可真的将是一去不回了。更可怕的是，如果我们的反物质弟兄们哪天一不小心从时空隧道中游到了我们这里，与谁亲热谁也受不了。当然，如果反物质确实想某些科学们假设的那样都衰退掉了，我们也就不必担心了。遗憾的是，目前科学家们并不能确切地给出这一结论。。。。。。

 

[慕容青草]

三个月前写的这篇《遐想篇（1）》产生了一些令我始料不及的后续。。。当初写这篇文章的时候，虽然因为自己不在这个领域里不敢肯定这里遐想的结论是否早已成为常识，但是对这里的结论本身的正确性还是蛮有把握的，之所以把它作为遐想是因为自己基本上从哲学的角度进行思辨，没什么实验的或数学的过程。。。我写完这篇文章后，出于好奇，将此文译成英文放在物理专业的论坛上，结果出乎我意料的是先是招来一阵专业物理人员，包括论坛资深Mentor的攻击，结果在发现他们根本无法从物理逻辑上证明我是错的之后，便说我的这个想法无法证伪。。。。。。考虑到今天前端物理的大量理论都是无法证伪的现实，我的这个几乎是纯哲学思辨的结论能够得到一个无法证伪的但却是专业人员从未想到过的这一点令我大为欣慰，也大为鼓励，打算继续以遐想的形式来写一些，有基本的依据，有哲学的思辨，但却没有严格的实验及数学推导的内容。。。。。。
这里在对本文的一些基本物理依据作一总结，以方便读者理解：
1）根据目前的大爆炸理论，在大爆炸的初期，高能高密度的宇宙里正反粒子不断地成对地产生，然后又通过正反粒子的碰撞而消失并转变为能量；
2）在大爆炸后的某个时间点，宇宙剧烈膨胀；
3）现在的前端物理学家们认为，今天现存的正物质的量只是大爆炸初期曾经有过的正反物质的几十亿分之一，根据统计物理的涨落的概念，这属于是涨落的误差范围之内；也就是说，根据统计物理的原理，当初的正反粒子的分布本来就不应该是理想的完全均匀的，而是应该有局部的涨落的，因此当宇宙在大爆炸发生后的某个时间点突然发生剧烈膨胀时，有的局部的地方由于分布密度的涨落的原因而拥有误差范围之内的相对较多的正粒子，而有的局部拥有稍微较多的反粒子是完全符合统计物理的涨落原理的；
4）今天的宇宙膨胀理论认为我们的宇宙自身在膨胀，而且由于这个自身的膨胀，相距较远的星体之间的远离速度可以超过光速；
5）根据爱因斯坦的狭义相对论能量和物质的传递及运动速度不可能超过光速。所以上面的4）就意味着在今天的宇宙中存在着彼此之间根本不会有除了有人曾设想过的量子关联以外的任何信息的联系的星体；考虑到前面提到过的在大爆炸后的某个时间点当宇宙发生剧烈膨胀时，存在局部正粒子占多数和局部反粒子占多数的区域是符合统计物理原理的这一点，那么如果这些局部相距较远那么由于宇宙膨胀的缘故，它们彼此之间就可能永远再无法相遇，也就无法再由于碰撞而消失并转变为能量。。。。。。再考虑到今天我们所能了解到的宇宙的总质量只是当初曾经存在过的正反粒子的总质量的几十亿分之一，那么我们可以说下述结论成立的几率是非常之高的：
我们所能接触到的宇宙范围之外还存在着一个与我们的总质量相等的反物质宇宙，由于宇宙膨胀的原因，那个反物质宇宙以超光速离我们的宇宙远去，因此两个宇宙之间不可能存在任何除了理论上或许可能的量子意义上的联系之外的联系。。。。。。

[慕容青草]

卧看明河: 我对宇宙学的了解只在科普的水平，不过我也读过相关报导，诸如CP Violation等，认为正反物质的物理特性（不是生成概率）不是对称的，但仍然是成对地出现，而且认为现在存在的正物质与曾经有过的反物质量相比只是一个很小的量阶而已。。。
但是，据说目前还没有一个是被大家公认的定论。。。。。。欢迎卧看明河朋友将你所了解的资料拿来介绍一下，一定会有网友感兴趣的。。。

[卧看明河]

现在的理论已经知道，在极高能情况下（例如宇宙之初）正反物质的生成概率是不对称的。我们这个宇宙里即使有反物质也应该极其稀少。