為什麼宇宙被正物質主宰？是否存在反物質星系？

在天文學中，科學家通過檢測遙遠星系發出的光來研究它們。由於不同原子和分子會發出特定樣式的光，天文學家只要觀測星系的光譜就能得到很多有關它們的信息。其光學指紋能告訴我們恆星和星系的化學成分等等。

通常認為，遙遠星系是由與我們太陽系一樣的物質組成，但最近的研究表明，反氫原子發出的光與普通氫原子相同。原則上，反物質星系會發出的光與正物質星系相同，那天文學家怎麼知道一個遙遠的星系真的是由正物質組成的呢？

物質和反物質之間的根本區別是所帶的電荷。正物質的原子由帶正電荷的原子核與繞其周圍的帶負電荷的電子組成，而反物質正好相反，它由帶負電荷的原子核與繞其周圍的帶正電荷的正電子（反電子）組成。在我們周圍一切的事物都是由正物質組成，所以我們可以設想我們在宇宙中看到的絕大多數東西也是由正物質構成的。

然而，當科學家在實驗室中從能量創造物質時，它們總是成對產生。例如，科學家可以在粒子加速器中創造質子，但同時也會創造等量的反質子。這是由於物質和反物質之間的對稱性，而這導致了宇宙學中的一個問題。

在早期的宇宙中，當宇宙大爆炸的強大能量產生物質時，它是否也會產生等量的反物質？如果是，為什麼我們所看到的是一個由正物質主宰的宇宙？最常見的解釋是物質和反物質之間存在著細微的差異。雖然這種差異非常細微，但在宇宙尺度上，這意味著大爆炸產生了更多的正物質。

不過，我們假設一下宇宙確實有等量的物質和反物質，但在早期兩者聚集在不同的區域。雖然我們宇宙的每個角落都由正物質主宰，但也可能存在著由反物質主宰的遙遠星系或星系團。由於物質和反物質的光譜是相同的，所以一個遙遠的反物質星系看起來就像它是有正物質組成一樣的。既然科學家不能直接飛到遙遠的星系來弄清其組成，那怎麼能確定反物質星系不存在呢？

其中一條線索是來自物質和反物質的相互作用。雖然兩者表現得互為相同，但是當物質和反物質碰撞時會彼此湮滅，併產生強烈的伽馬射線。雖然星系之間的廣大地區大多是空的，但並不是完全真空。少量的氣體和塵埃在星系之間漂動，產生星際風。如果星系由反物質組成，那來自星際風的物質就會在反物質星系的外邊緣與反物質湮滅，併產生伽馬射線。

因此，如果一些星系是正物質，還有一些是反物質，天文學家就會在它們之間的區域觀測到強烈的伽馬射線。然而，事實上天文學家並沒有觀測到，包括在我們的銀河系和其他附近的星系之間，以及更遙遠的星系之間。由於我們的宇宙空間是由正物質主宰，科學家就可以合理地設想其他星系也是由正物質構成。

還有一種可能是我們可見的宇宙恰好是由正物質主宰，而在可見宇宙之外，可能由反物質主宰，但只是距離太遠，我們看不到。這是物質—反物質宇宙學問題的一種可能解決方案。但是，考慮到可見宇宙的龐大尺度，這實在是一個奇怪的巧合。

因此，在宇宙中可能存在遙遠的反物質星系，但我們可以相信我們看到的星系是由就像你我一樣的物質組成。