電在世界上幾乎無處不在,我們剛開始接觸物理的時候就學過,絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電,毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電。這些電來自于組成物質的基本粒子,質子帶正電,而電子帶負電。原子中質子所帶正電荷和電子的負電荷是相互抵消的,所以一般物體整體上不顯電性。但摩擦之后,電子會從一個物體跑到另一個物體,使得兩者一個帶正電一個帶負電。
在我們身邊,正電荷和負電荷基本是平衡的,可如果把范圍擴大,例如擴大到整個地球甚至整個宇宙,負電荷和正電荷加起來是不是也正好抵消呢?
如果宇宙中反物質和正物質正好一樣多,那問題就簡單多了。宇宙中每種粒子都有其反粒子,質量和其相同,電性則恰好相反。例如反質子帶的就是負電,而正電子則是帶正電。如果宇宙正如物理學家所喜愛的那樣對稱,正反粒子是一樣多的,那么顯然正負電荷抵消,整個宇宙是電中性的。
然而現實常常不是那么圓滿,觀測證據顯示,我們這個宇宙中反物質就是要比正物質少得多。粒子和其對應的反物質粒子相遇的時候會發生湮滅,兩個粒子完全消失,轉化為純粹的能量,以伽瑪射線的形式釋放出來。我們周圍的宇宙空間顯然是以普通物質為主的,如果遙遠的宇宙中有一塊區域是反物質組成的,那么反物質和普通物質交界的區域就應該會不斷有粒子發生湮滅,產生的光子應該可以觀測到。
天文學家經過多年努力,也沒有看到這樣的伽瑪射線。既然宇宙中沒有那么多反物質,我們就不能指望它們抵消掉正物質的電荷了,宇宙也就不是天然電中性了。到底整個宇宙帶什么電,還需要分析一下宇宙中各種物質都帶什么電荷。 現在我們知道,宇宙中的物質主要是成分尚且不明的暗物質,普通的原子分子這類物質所占比例很小。如果暗物質帶電,那么對整個宇宙的電性必然有很大影響。不過,暗物質之所以叫做“暗”物質,就是它們根本不參與電磁力作用,不會發光,這樣的物質當然不可能帶有電荷。
所以要考慮宇宙帶什么電,只要考慮暗物質之外的普通物質帶什么電就可以了。如前面所說,組成行星之類天體的原子是電中性的,原子核中質子所帶正電荷和核外電子所帶負電荷正好抵消。至于構成恒星的熾熱氣體,由于高溫,電子已經脫離了原子核,不過電子帶的負電荷合起來和原子核帶的正電荷依然是相等的。 科學家覺得,只靠這些分析,這還是不足以說明整個宇宙范圍內正負電荷數量相當。保不齊宇宙中哪個偏僻角落的星云中含的電子多出來一些,導致其帶上了負電。看來只靠推理恐怕難以得到一個有意義的結論,研究者們想到,如果統計一下從宇宙中來的帶電粒子是帶正電的多還是帶負電的多,不就可以反映出宇宙的電性了么? 要進行這樣的實驗,地球不是一個適合的場所。科學家們想到了利用月球作為實驗場地,月球既沒有大氣也沒有磁場,所以外來的帶電粒子它都是照單全收,不會拒之門外。平時這些帶電粒子由兩部分組成,一部分是來自于太陽的太陽風,另一部分則是來自于外太空的宇宙射線。不過,當地球運行到太陽與月球之間的時候,月球會躲進地球磁場里面,撐起了這把保護傘,太陽風就吹不到月球上了。但此時宇宙射線依然可以抵達月球,這時候落到月球上的帶電粒子,就只是宇宙射線帶來的。而這些來自太空深處的粒子,應該也可以反映宇宙范圍的電荷成分。 結合阿波羅登月計劃和其他探測器得到的結果,科學家們驚訝地發現,來自宇宙深處的正電荷竟然要更多一些,也就意味著宇宙中正負電荷不是平衡的,正電荷要多于負電荷。不過,現在的實驗精度有限,要真正確定宇宙帶什么電,還有待進一步觀測。