【手性物普及系列  28.】

  (28. 反物质世界的手性）

      反物质的存在不只是一种猜测，科学家已在实验室制造出由一个反质子和一个反中子组成的反氘原子核。这说明科学界的猜测，即每一种粒子都存在一种反粒子是确实的。如此类推，有反粒子就有可能由其组成反物质，反物质继而就会构成反物质世界。

       粒子和反粒子有一个重要特性，就是它们相遇后要发生淋雨没而转变为γ粒子或者介子。比如电子和正电子相遇后会湮没为一对γ粒子，同时释放出巨大能量。这相当于一次大爆炸，瞬间释放能量是化学燃烧能的100亿倍，是核能的1000倍。如果1g物质和1g反物质湮没，将释放相当于投放到日本广岛的“小男孩”的原子弹的威力。这种巨大的能量如能够可控的运用，将是开发新能源的理想途径。

       科学界相信宇宙大爆炸时产生了等量的物质和反物质，但是在宇宙里观察到的星系、恒星、太阳、地球和生物全都是普通物质构成的，唯有在实验室里可观测到稍纵即逝的反粒子。许多科学家在浩渺的宇宙中搜寻反物质，始终未果。这种现象可归为物质与反物质的不对称性，或者说反物质消失成物理上的一个待解之谜。也有许多科学家提出假定：在宇宙早期演变中，高能粒子相互作用过程产生的物质与反物质多了一点点，即使等量的物质与反物质湮没后，剩下的那一点点就演化成当今绚丽多彩的适宜人类生存的自然环境。也许在我们所处环境的纵深3000万光年内找不到反物质，如能再纵深搜寻，或许能发现藏匿着与我们相反的反物质世界。

       为了弄清反物质世界的手性，要明确一个物理学定律，即CP守恒定律。这里的P表示空间反演变换，即手性变换，宇称不守恒也叫P变换不守恒；C表示粒子与反粒子的相互变换。CP守恒定律说的是一个物理定律在CP联合反演下是不变的，即当我们用反粒子代替粒子的同时，将经所在右手坐标系转变为左手坐标系，则该物理定律保持不变。比如我们前述讨论过的电磁学中的三个右手定则，在普通物质世界里，最后得到的结论都不是手性的。而在反物质世界里，电磁学中的P变换守恒，且CP联合反演下也是守恒的。也就是说通过粒子与反粒子的转换，电磁学中的三个右手定则都可以是手性的了。同样可以推论，在弱相互作用中宇称不守恒，在反物质世界中通过CP联合反演下居然是守恒的了。亦然，在K0介子衰变中发现有CP不守恒，但从事例占比上它是微乎其微的，对日常生活影响的判断是微不足道的。因为支配天体运行的力量是引力相互作用，支配生命过程的物理、化学规律是电磁相互作用，所以在研究物质与反物南世界的手性问题时，可以认为CP守恒定律是普遍成立的。

       按照CP守恒定律，世界和反世界的手性是相反的，或者说二者的螺旋总是相反的。假若我们的世界是一个右旋的大漩涡，反世界则是一个左旋的大漩涡；太阳系和地球的自转是右旋的，而反太阳和反地球的自转就是左旋的；在地球人看来，反地球人的世界是一个与之镜像对称的世界，反地球人的心脏都右边，他们大多是左撇子，偏爱使用左旋螺丝钉，时钟也是逆时针旋转的。此外，与地球上的生物相反，在反生物的机体里，构成所有的反蛋白质的反氨基酸都是D构型，反糖都是L构型，反蛋白质的螺旋结构都是左手螺旋的，反细胞中的DNA都是左手α-双螺旋结构的，RNA都是左手单螺旋结构，构成反细胞的反磷脂是D构型的。以至于反地球人所用的手性药物也是相反的，地球人若用的是左旋的，则反地球人则用的必是右旋的，反之亦然。如此类推，地球人能够消化的食物对反地球人来讲那是不行的，因故，地球和以地球人的食物和药物都是不能混用，输血也是不能相互的。

       还有科学家猜测，在物质和反物质之间有强大的斥力，因而地球人和反地球人在宇宙航行中是不会相遇的。即是相遇也不能近距离接触，更不能握手和相互拥抱，因为这样会使他们同归于尽，相互湮没。那么怎样才能表达他们相互间的渴望已久相见恨晚呢？招招手吧，因为光子没有手性，它的反粒子就是它自己，光不会发生湮没。所以地球人与反地球人之间用光信号传递信息是无仿的，物质世界和反物质世界的联系也是如此。

        反物质世界是客观存在的，但是对反物质世界的种种猜测，尽管已出现在众多的科幻描述中，但要明确这些表述是否属实，还是要等到人类真的与反物质世界相遇之时，才能揭开这个宇宙之谜。

        （本节中部分内容摘自史志强教授的《探秘手性》）

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