科學家嘗試解開宇宙的終極謎團，結果令人意外
為什麼我們的物質宇宙能夠存在？
Annihilation
Annihilation (Original Motion Picture Soundtrack)
Ben Salisbury;Geoff Barrow
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為什麼我們的物質宇宙能夠存在？這是物理學中最大的一個謎。Shutterstock
物理學家最近進行了有史以來精度最高的一次反物質特性觀測。結果顯示，即便在超高的精度下，反物質的表現依然和物質保持一致。這一結果非但沒有解答出物理學裡的一個終極謎題，反而讓它顯得更加撲朔迷離。這個問題就是：為什麼宇宙大爆炸在理論上創造了等量的物質和反物質，實際上卻留下了一個完全由物質構成的宇宙？
我們的宇宙是對稱而平衡的。每一個「普通」粒子，都對應有一個「反」粒子。普通粒子和反粒子的質量完全相同，但是電荷和其它一切可以相反的特性都相反。和電子對應的是正電子；和質子對應的是反質子。以此類推。
粒子和反粒子一旦相遇就會「湮滅」，化為純能量。而理論上認為，宇宙大爆炸創造的物質和反物質是等量的，它們理應會互相湮滅，化為烏有。宇宙間本不可能留下任何可供生命採用的基本材料，甚至於除了能量之外，什麼都不應該留下。但是事實卻是，我們存在，且存在於一個幾乎完全由物質構成的宇宙中。
由於物質和反物質除了電荷等特性相反之外，具有相同的表現，所以是什麼原因導致這兩者中的一種能夠從大爆炸中倖存下來，另一種卻沒有呢？
為了解開這個謎，科學家嘗試了許多方法。方法之一就是以儘可能高的精度，觀測物質和反物質的基本特點，比較它們的異同。假如它們在基本特點上有差異，即使這種差異極其微妙，也足以為我們提供解開這個千古之謎的線索。
要研究反物質，首先必須製造反物質。近年，物理學家研究得最多的反物質是反氫。氫是目前人類了解得最充分的一種物質（可能也是宇宙間最簡單的物質）。製造5萬個反氫原子，需要使用9萬個反質子和300萬個正子（正電子）。最終卻也只能用磁場俘獲其中的20個反氫原子，並將它們置於一個28厘米長的圓柱型容器中。
而根據4月4日《自然》雜誌上的一篇論文，一個科研小組採用了一種前所未有的新標準，對反氫進行了有史以來精度最高的觀測。他們的研究對象是1.5萬個反氫原子（製造並保存這麼多反氫原子首先就非常困難）。針對這些反氫原子，科研小組觀測了它們的躍遷特點，亦即當它們從較低能量級躍升至較高能量級時，發射或吸收的光的頻率。
此次觀測的分光精度高達萬億分之二，比之前的最高精度——十億分之幾的級別——提升了大約100倍。據信，未來精度還有望再提升1000倍。但科學家並未通過此次實驗發現任何新的東西。實驗中，氫和反氫，也就是物質和反物質的光譜表現完全相同。這些反氫原子的能量級和吸收的光量，與氫原子的表現是一致的。
雖然在此精度級別上的相同表現，並不意味著在更高精度上，物質和反物質的表現還會一樣。但這樣的結果無疑會讓物質宇宙存在之謎更加撲朔迷離。
下一步科學家可能會對反物質進行精度更高的光譜觀測，甚至於可能會觀測並比較它們在引力影響下是否有不同表現。
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