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像太阳那么大的正反物质相遇,是瞬间湮灭,还是有个过程?

大刘的短篇科幻《赡养上帝》中讲了一个离奇的故事,在宇宙中到处播撒文明种子的、拥有20亿人口的衰败文明,已经再无能力创新,只能依靠机器生存,他们的飞船已经严重老化,漂流到了地球!

人类面临一个非常尴尬的境地,人道主义考虑必须让他们生存下去,而他们飞船的技术对人类来说太过先进,而对方使用的燃料则是反物质,据说在距离地球3000光年外的一片星云中有大量存在,由此而展开颇为有趣的故事。

反物质真会在宇宙中大量存在吗?

根据大爆炸理论和粒子物理理论,宇宙起源于大约137亿年前的一次大爆炸,在宇宙诞生初期,从能量转变成了物质,理论上看产生的物质和反物质应该是一样多,但目前我们在宇宙中观测到的都是物质,却并没有反物质!

尽管人类在上世纪三十年带证明了除了我们这样的一个物质世界外,还具备一个反物质的世界,但由于两种物质的特性,一旦遭遇就会湮灭,所以在我们的物质世界中,反物质是无法长期存在的,但会不会有这种可能,从宇宙大爆炸理论上来看,既然产生了同样的反物质,它们是不是会呆在宇宙的某个区域?

2008年,美国俄亥俄州立大学加里史德曼教授尝试从两团正反物质的星云或者星系团中的碰撞中产生的X射线和伽马射线中探测反物质,但很可惜,史德曼教授查阅了钱德拉X射线天文台和康普顿伽玛射线天文台的观测结果,但都没有什么重大发现,X射线和伽玛射线的量很少,那里大约每100万个粒子中才有3个反粒子。

同年科学家在银河系内发现了疑似的反物质云,它们在银心附近,但后来经过仔细观测,可能是一颗恒星的物质落入了其附近一个黑洞的洛希瓣被吞噬时所发出的疑似信号,因为这种过程也会产生反物质!

尽管在反物质的寻找上,到现在位置仍然没有证据表明存在大团的反物质云,但也没有直接证据表明它们就不存在,所以科学家仍然在孜孜不倦的寻找着反物质。

两颗太阳大小的正反物质天体相撞,是瞬间就消失不见的吗?

首先我们来定义下,太阳大小的反物质是什么天体!我们可以想象到,如果是物质的话,太阳大小必定已经成为一颗恒星,那么太阳大小的反物质什么天体?答案是同样是恒星,因为两者在相遇之前,所有的特性都一样,它们同样有四大基本作用力,也会因为引力而探索,超高温下也可以突破库伦斥力达到原子核结合的核聚变,所以如果有这样大小的反物质,那么它将是一颗反物质恒星。

两者会相互吸引相撞吗?

电子带负电荷,而反电子则带正电荷,称之为正电子。另外如反中子反质子这类强子则由和中子质子电荷相反的夸克构成。而由反质子反中子和正电子构成的原子就是反原子,即同种原子的反物质。简单的说带电基本粒子的反物质就是与之电荷相反的同种基本粒子,而中性的比如中微子则是自选相反的粒子。

电荷相反的带电粒子相遇是它们不需要克服库仑斥力,直接相遇并湮灭,但两颗恒星级的天体遭遇却完全不是这个结果,因为在这个规模上,统治天体运行规律的不是电磁力,而是引力,因此它们的相遇完全符合两个正物质的天体遭遇是一样的。

所以它们会互相环绕,并且会将自身的引力通过潮汐的方式作用于对方天体上,两者会拉的比较长,同时因为引力波能量的损耗,它们会逐渐互相靠近,在这个过程中可能会发生一些物质交换,当这些物质相遇时候就会发生湮灭!

但这个过程会比较有趣,初期我们会观测到并不是属于吸积盘所能产生的能量级别,因为湮灭是直接将物质转换为能量,着是核聚变和吸积盘的压缩释放辐射是不可同日而语的!此后这个规模会越来越大,远超一般的恒星合并,在最后阶段,两者遭遇时候部分物质的直接湮灭可能会导致两个结果,直接让这个双星系统在合并过程中释放出湮灭的能量而消失。

另一种可能则是由于合并时正反物质湮灭的能量太大,直接摧毁了双星系统,并且正反物质的碎片在宇宙中乱飞,从太阳那么大恒星的正反物质湮灭来看,这个可能性更大一些,所以两颗恒星在湮灭部分后会因为巨大能量被驱离,形成一团类似超新星爆发的,正反物质交互的星云。

说不定银河系中就存在这样的星云。

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