星系自转与神秘的反物质

■ 克拉克·莫斯科维茨

一项新的研究表明，宇宙中物质多于反物质这一令人费解的现象或许与银河系自转引起的离奇的时空延伸有关。

反物质是构成星系、恒星以及人类自身的原材料的一个奇特表亲。尽管今天的宇宙几乎完全是由物质构成的，这一事实本身让科学家困惑不已。宇宙在137亿年前那次大爆炸中诞生时产生的物质与反物质应该是相当的，二者早已通过爆炸而彼此湮灭，将宇宙置于完全的荒凉之中。所幸的是，物质并没有完全消失——也因此才有了地球与生命的存在。

我们的好运究竟源自何处，物理学家对此也无法做出解释。但是，一项将银河自转因素考虑在内的新的研究或许能为此提供一条线索。

英国华威大学的物理学家马克·哈德利计算出了银河系自转对其周围的时空造成的影响。根据广义相对论，一个质量巨大的天体旋转时的速度与角动量会使其周围的时空发生扭曲，称为“惯性系拖曳效应”。哈德利发现，因为银河系质量巨大，这种扭曲对空间和时间的影响力将会是地球造成同种效应强度的100万倍。

惯性系拖曳效应导致的空间与时间的这种变化，反过来可以影响到粒子的分裂方式。因为性质的不同，物质与反物质粒子会对时间膨胀做出不同的反应，衰变速率也就因此不同。物理学家已经测量到物质与反物质之间这种衰变率的不对称，并将这种现象称为宇称破坏。但是，目前仍然没有人能够明确解释这种不对称是如何产生的。

哈德利说：“这些不对称已被测量到，但是却无法被解释。这项研究显示，我们在实验室中观察到的一系列结果可能是星系自转扰动当地时空的结果。如果这个结论被证明是正确的，那么就意味着自然界本身是基本对称的。”

哈德利认为，事实上，从最基本的层面上来说，物质与反物质是对称的，只不过因为二者对星系自转造成的扭曲所做出的反应不同，从而产生了这种表面的不对称。他说，如果将宇宙作为一个整体来考虑，不同层面的时间延伸最终会达到平衡，宇称破坏也会消失。

哈德利说：“宇称破坏被看做是解释宇宙中物质不对称的关键，但是已测量到的宇称破坏还不足以解释我们今天所看到的宇宙。”哈德利没有采用宇称破坏原理来解释宇宙中物质多于反物质的现象，反而认为时空的扭曲或许能解开谜团。他认为，或许宇宙早期巨大结构体的旋转同样也拉伸了时间和空间，这种时空的拉伸影响了物质与反物质在宇宙中的整体分布。

为了证明自己的假设，哈德利推荐研究者通过当下正在进行的二项实验的研究来获得证实：一是观察位于日内瓦附近的欧洲核子研究中心的全球最大的大型强子对撞机产生的粒子碰撞，二是研究美国加利福尼亚州斯坦福大学SLAC粒子物理实验室的BaBar实验结果数据，这项实验是专门利用B介子进行宇称破坏情形下粒子衰变研究的。

哈德利说：“通过寻找并研究星系旋转方向的倾斜效果，这项预言成果是可以证实的，所有需要的数据都已存在于欧洲核子研究中心和斯坦福大学。”

图片说明：根据广义相对论，一个类似于星系的巨大物体的旋转对周围时空产生的扭曲。