地球上的生命大约在35亿年前开始。 自那时以来,它一直演变成越来越复杂的形式。 大约70-130,000年前,我们家萨皮恩人出现,随着我们大脑的进化,我们开始思考和漫步在宇宙中。 我们看着周围的物体,问这些物体是什么? 它们是如何形成的? 等等。 我们探索宇宙最令人兴奋的部分开始于我们开始探索宇宙的积木。
宇宙的构建基块到底是什么? 大约 400 B.C.E. 希腊哲学家德莫克里图斯将原子作为宇宙的构建基块。 根据他的理论,这个物质是由微小的不可分割粒子组成的,他称之为原子。
1803年,一位英语老师约翰·道尔顿提出了基于两个假设的现代原子理论。 首先,物质是由原子构成的,原子是不可分割的粒子。 其次,同一元素的所有原子具有相同的质量和属性。 作为宇宙不可分割的积木,原子思想一直主宰着伟大的思想家的思想,直到1897年J.J. 汤姆森发现了电子。 当 J. J. 汤姆森试验了阴极射线管,他发现一个原子是由带负电粒子组成的。 他称它们为阴极射线,因为它们似乎来自阴极。 今天,我们知道这些粒子是电子。 这只是人类寻求理解宇宙的历史新故事的开始。
1911年,鲁瑟福在一块0.0004cm的金片上轰击了阿尔法粒子。 这些α粒子从放射性辐射物中发射。 通过金片后,这些颗粒击中硫酸锌的屏幕。 通过计算硫酸锌屏幕上的火花数量,卢瑟福得出结论,几乎所有的原子物质都集中在原子中心的微小体积中,它是原子核。 原子核包含原子的多数物质,并且具有正充电性。
1932年晚些时候,詹姆斯·查德威克爵士发现了中子。 现在,原子的图片是明确的。 原子由原子核组成,核由带正电荷的质子和电中性中子组成,负电荷电子围绕原子核旋转。 在我们的学校里,我们被教导一切都是由物质构成的,物质是由原子构成的,原子可以进一步细分成质子、中子和电子,它们是宇宙的构成部分。 但故事并没有在这里结束。
1964年,两位物理学家默里·盖尔·曼和乔治·兹韦格独立提出了被称为夸克的亚原子粒子来解释通过高能原子碰撞发现的粒子的行为。 1968年,在斯坦福线性加速器中心工作的科学家发现了这些粒子存在的证据。 现在,我们知道这些质子和中子是由夸克构成的。
此时,我们知道六种类型的夸克:上夸克、向下夸克、顶夸克、底部夸克、魅力夸克和奇怪的夸克。 当这些不同品种的夸克结合在一起时,我们得到质子和中子。 质子由三个夸克、两个向上夸克和一个下夸克组成。
另一方面,一个中子是由两个向下和一个向上夸克。 夸克和瘦子,即电子,是宇宙的积木。
![物质与反物质 5 Standard Model](https://i0.wp.com/cirsy.com/wp-content/uploads/2021/01/Standard-Model-1024x718.jpg?resize=1024%2C718)
粒子物理标准模型图。 12个基本粒子,组成物质和4个基本力载体。 向量。
宇宙的图现在看来可能很清楚,因为我们已经发现了宇宙的基本构建基块。 这些夸克和电子现在被认为是不可分割的粒子。 那么,故事会在这里结束吗? 让我们回到1928年。 当尼尔·波尔和量子力学的其他创始人忙于物质问题时,保罗·狄拉克试图将量子力学与爱因斯坦的狭小相对论(即处理以光速移动的物体)统一起来。
在做了复杂的数学计算之后,他开发了一个方程。 这个方程现在被称为狄拉克方程。 这个等式能够解释非常小,并且移动非常快的东西。 起初,狄拉克并不欣赏它,并认为这是一个数学错误。 但后来,他意识到他的方程式正在预测一些全新的科学,这就是反粒子。 狄拉克方程预测了一个粒子,其质量和性质与电子相同,但具有正电荷。 后来,狄拉克意识到,他提出了反物质的存在。 反物质粒子与物质颗粒相同,但电荷相反。
1932年,卡尔·安德森,加州理工学院的年轻教授,研究云室中的宇宙淋浴。 云室用于检测粒子,旨在可视化电离辐射的通过。 它包括一个密封的环境,含有水或酒精的超饱和蒸汽。 高能带电粒子在碰撞过程中敲击电子,与云相互作用,从而产生痕迹。 安德森还将磁场应用于系统,使粒子根据质量与电荷的比例弯曲。 使用这种技术,他可以研究不同的粒子和行为。 正常的眼睛很难观察这里正在发生的事情,但他观察到的是,所有的粒子都落在不同的路径上,这些路径可以在它们的轨迹中用数学方法进行评估。 然而,在这张照片中,一个奇怪的粒子设法向磁场移动,他观察到一个正电荷的东西留下的路径,其质量和速度与电子相同。 是的,这是第一次发现电子的反粒子。 他们把它命名为正电子。 这一发现证实了保罗·狄拉克的假设。 1933年,保罗·狄拉克因他的成就而获得诺贝尔物理学奖。 后来,更多的发现,现在我们知道,对于每一个物质粒子,有一个反粒子。
正电子,反质子,中子,名单继续。 但这一发现再次使科学家迷惑不解。 让我再问一个问题;宇宙的基本构建基块是什么? 夸克和瘦子? 但它们是物质粒子。 这些抗物质粒子呢? 他们从哪里来的? 答案可能在于最终的开始,大爆炸。
据科学家说,宇宙开始于大约140亿年前的大爆炸,今天存在的任何现象都可以追溯到那一事件。 大爆炸的能量应该产生同等数量物质和反物质粒子。 但是当我们看宇宙,从最微小的斑点到巨大的星系,我们只看到正常物质。 我们很少在宇宙中找到反物质粒子。 但是为什么? 剩下的反物质在哪里? 这就是所谓的反物质问题。 今天,科学界面临的重大挑战之一是弄清楚反物质发生了什么。 为什么我们看到物质和反物质之间的不对称?
整个场景的令人兴奋的方面是物质和反物质粒子成对地产生。 当他们相互接触时,它们会消灭并释放能量。 因此,在开始的时候,当大爆炸产生这些物质反物质粒子对时,这些粒子也碰撞和毁灭,使宇宙充满纯净的能量。
因此,如果物质和反物质粒子一起产生和破坏,宇宙必须只包含剩余的能量。 但这不是我们今天看到的。 正如科学家观测到宇宙一样,他们估计,幸运的是,在10亿次物质和反物质粒子碰撞中,一个物质粒子幸存了下来。 因此,我们现在观察到的,包括行星、恒星和星系,是碰撞的剩菜。 但是,为什么一个物质粒子幸存下来仍然是个谜。 但这只是解决反物质问题的一个办法。
另一种解释是,当宇宙冷却下来时,反物质可能分开并存在于远离我们可观测的宇宙的其他地方。 可能存在反行星、反星、反星系,甚至可能存在整个反宇宙。 完全由反物质组成的宇宙。 弦理论也预测了平行宇宙的概念,其维度比我们今天知道的要多。
弦理论是另一种试图统一自然界中所有四种力量的理论:重力、强力、弱力和电磁力。 别忘了,保罗·迪拉克也试图统一部队,并想出了反物质。
也许我们会在这个领域发现更多,这将是一个令人兴奋的旅程。