存在本身,即为谜团。
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存在本身,即为宇宙的终极谜团。
科学家发现,宇宙诞生之时,理论上应当产生过等量的物质和反物质。
所谓反物质是由反质子和反电子构成的物质的对立面。一旦物质和反物质相遇,二者就会相互湮灭,转化为纯粹的能量。所以奇怪的是,既然存在等量的反物质,这个物质的宇宙为何得以幸存?
一种合理的推测是,早期宇宙曾经发生过某种奇特的事件,消灭了所有反物质。而一直以来,科学家也都在为寻找那次事件遗留下来的蛛丝马迹而努力。
近日,来自纽黑文大学的波兰理论物理学家Nikodem Poplawski提出了一个新理论,认为消失的反物质可能是被原初黑洞吃掉了。
原初黑洞理论上曾在宇宙诞生之后不久大量形成,它们是早期宇宙极端高密度波动的产物。原初黑洞很小,但拥有极强的引力。它们有可能是星系中心超大质量黑洞,以及球状星团中心中等质量黑洞的种子。
Poplawski认为,是物质与反物质粒子质量的不对称性,以及由此产生的黑洞捕获效率不对称性,导致了可观测宇宙物质与反物质的不对称性。
Poplawski表示,反物质粒子的质量要比物质粒子大,因此在早期宇宙的粒子对产生过程中,反物质粒子的运动速度要比与之相对应的物质粒子慢。而黑洞引力在捕获速度较低的粒子时,粒子的质量越大效率越高,所以与物质粒子相比,有更多与之相对应的反物质粒子被黑洞吃掉。
基于此原理,早期宇宙产生的大量反物质粒子落入了原初黑洞,剩下的与物质粒子发生湮灭,并使原本等量的反物质和物质粒子最终失衡,留下了一个物质的宇宙。
研究人员称,该理论无需引入标准模型之外的新物理学。与此同时,还可以解释宇宙学中的另一个谜。
韦布望远镜近年发现,在宇宙诞生5亿年后,超大质量黑洞就已经出现。传统理论认为,仅通过合并和吸积,需要至少10亿年,黑洞的质量才能增加到太阳的数百万至数十亿倍,才能被称为超大质量黑洞。因此在宇宙年龄不足10亿年时就发现此类黑洞,确实让人无法理解。
而根据Poplawski的理论,原初黑洞可以通过吞噬反物质,在增长过程中获得先发制人的优势。
首先反物质粒子本身就要比物质粒子重; 其次由于原初黑洞在捕获反物质粒子方面更有效,吞噬的反物质数量也要比物质多,因此它们能够在早期宇宙中快速增长成为超大质量黑洞。
但该理论要获得广泛认可,需要越过的第一个障碍是,虽然上世纪70年代霍金就已经提出了存在原初黑洞的假设,但时至今日,它们仍然未获得任何观测证据。或许它们根本不存在,或许是因为受到了探测技术的限制。也有可能它们存在过,但我们永远也无法证实这一点。
反物质和物质粒子质量是否真的存在差异,也需要通过未来的实验进行验证。不过近期人们发现,介子与反介子的衰变方式存在不同,而这种不同可能与物质和反物质的质量不对称性有关。
参考
Spinors with torsion and matter−antimatter asymmetry
https://arxiv.org/abs/2101.04212
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