Das Leben auf der Erde begann vor etwa 3,5 Milliarden Jahren. Seitdem hat sie sich zu immer komplexeren Formen entwickelt. Vor etwa 70-130.000 Jahren entstanden wir Home Sapiens, und als sich unser Gehirn entwickelte, begannen wir, über das Universum nachzudenken und zu wandern. Wir schauten uns Objekte um uns herum an und fragten, was diese Objekte sind? Wie sie sich gebildet haben? Und so weiter. Der aufregendste Teil unserer Suche nach dem Universum begann, als wir begannen, die Bausteine des Universums zu erforschen.
Was genau sind die Bausteine des Universums? Rund 400 B.C.E., Democritus, ein griechischer Philosoph, führte das Atom als Bausteine des Universums ein. Nach seiner Theorie besteht die Materie aus winzigen unteilbaren Teilchen, die er Atome nannte.
1803 schlug ein Englischlehrer, John Dalton, eine moderne Theorie des Atoms vor, die auf zwei Annahmen beruhte. Erstens besteht materieaus Atomen, die unteilbare Teilchen sind. Zweitens haben alle Atome desselben Elements die gleiche Masse und Eigenschaften. Als unteilbare Bausteine des Universums beherrschte die Idee der Atome die Köpfe der großen Denker bis 1897, als J.J. Thomson entdeckte Elektronen. Als J.J. Thomson experimentierte mit einer Kathodenstrahlröhre, er fand heraus, dass ein Atom aus negativ geladenen Teilchen besteht. Er nannte sie Kathodenrochen, da sie von der Kathode zu kommen schienen. Heute kennen wir diese Teilchen als Elektronen. Es war nur der Anfang einer neuen Geschichte in der Geschichte der Suche der Menschheit nach dem Verständnis des Universums.
1911 bombardierte Earnest Rutherford Alpha-Teilchen auf einem 0,00004cm großen Goldblech. Diese Alphapartikel wurden von einem radioaktiven Radium emittiert. Nach dem Durchlaufen der Goldplatte treffen diese Partikel auf den Zinksulfat-Bildschirm. Durch zählende Anzahl der Funken auf dem Zinksulfat-Bildschirm kam Rutherford zu dem Schluss, dass fast die gesamte Materie des Atoms in dem winzigen Volumen im Zentrum des Atoms konzentriert war und der Kern des Atoms ist. Der Kern enthält den größten Teil der Materie eines Atoms und ist positiv geladen.
1932 entdeckte Sir James Chadwick Neutronen. Nun war das Bild des Atoms klar. Ein Atom besteht aus einem Kern, der weiter aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen besteht, und negativ geladenen Elektronen, die sich um den Kern drehen. In unseren Schulen wurde uns beigebracht, dass alles aus Materie besteht, und die Materie besteht aus Atomen, die weiter in Protonen, Neutronen und Elektronen unterteilt werden können, und sie sind Bausteine des Universums. Aber die Geschichte endete nicht hier.
1964 schlugen zwei Physiker, Murray Gell Mann und George Zweig, unabhängig voneinander die subatomaren Teilchen vor, die als Quarks bekannt sind, um das Verhalten von Teilchen zu erklären, die durch hochenergetische atomare Kollisionen entdeckt wurden. 1968 fanden Wissenschaftler des Stanford Linear Accelerator Center Beweise für die Existenz dieser Teilchen. Jetzt wissen wir, dass diese Protonen und Neutronen aus Quarks bestehen.
Zu diesem Zeitpunkt kennen wir sechs Arten von Quarks: Up Quarks, Down Quarks, Top Quarks, Bottom Quarks, Charm Quarks und Strange Quarks. Wenn sich diese verschiedenen Quarksorten verbinden, erhalten wir Protonen und Neutronen. Ein Proton besteht aus drei Quarks, zwei Up-Quarks und einem Daunenquark.
Andererseits besteht ein Neutron aus zwei Down- und einem Up-Quark. Quarks und Leptonen, also Elektronen, sind die Bausteine des Universums.
Diagramm des Standardmodells der Teilchenphysik. 12 fundamentale Teilchen, die Materie und 4 grundlegende Kraftträger zusammenmachen. Vektor.
Das Bild des Universums mag jetzt klar erscheinen, da wir die grundlegenden Bausteine des Universums entdeckt haben. Diese Quarks und Elektronen gelten heute als unteilbare Teilchen. Also, endet die Geschichte hier? Gehen wir zurück ins Jahr 1928. Als Neil Bohr und andere Begründer der Quantenmechanik mit der Materie beschäftigt waren, versuchte Paul Dirac, die Quantenmechanik, die sich mit der subatomaren Welt beschäftigt, mit Einsteins spezieller Relativitätstheorie zu verfeinern, die sich mit den Objekten beschäftigt, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Nachdem er komplexe mathematische Berechnungen durchgeführt hatte, entwickelte er eine Gleichung. Diese Gleichung wird heute als Dirac-Gleichung bezeichnet. Diese Gleichung war in der Lage, Dinge zu erklären, die sehr klein sind und sich sehr schnell bewegen. Zunächst schätzte Dirac es nicht und betrachtete es als einen mathematischen Fehler. Aber später erkannte er, dass seine Gleichung etwas völlig Neues für die Wissenschaft vorhersagt, und das ist Anti-Teilchen. Die Dirac-Gleichung sagte ein Teilchen voraus, dessen Masse und Eigenschaften mit einem Elektron identisch waren, aber eine positive Ladung hatten. Später erkannte Dirac, und er schlug die Existenz von Anti-Materie vor. Die Antimaterieteilchen sind die gleichen wie Materieteilchen, aber mit entgegengesetzter Ladung.
1932 untersuchte Carl Anderson, ein junger Professor am California Institute of Technology, kosmische Schauer in Wolkenkammern. Die Wolkenkammer wurde verwendet, um Partikel zu erkennen, entwickelt, um den Durchgang ionisierender Strahlungen zu visualisieren. Es bestand aus einer versiegelten Umgebung, die übersättigte Wasser- oder Alkoholdämpfe enthielt. Die energetisch geladenen Teilchen interagieren mit der Wolke, indem sie bei Kollisionen ein Elektron abstoßen, was zu Trails führt. Anderson wandte auch ein Magnetfeld auf das System an, wodurch Partikel entsprechend ihrem Massen-Ladungsverhältnis gekrümmt wurden. Mit dieser Technik konnte er die verschiedenen Teilchen und das Verhalten untersuchen. Es ist schwer für ein normales Auge zu beobachten, was hier geschieht, aber was er beobachtete, war, dass alle Teilchen auf unterschiedliche Pfade fielen, die mathematisch in ihrer Flugbahn beurteilt werden können. In diesem Bild gelang es jedoch einem seltsamen Teilchen, sich dem Magnetfeld entgegenzubewegen, und er beobachtete einen Pfad, der von etwas hinterlassen wurde, das mit der gleichen Masse und Geschwindigkeit wie ein Elektron positiv aufgeladen war. Ja, es war das erste Mal, dass ein Antiteilchen für Elektronen entdeckt wurde. Sie nannten es Positron. Diese Entdeckung bestätigte Paul Diracs Annahme. 1933 erhielt Paul Dirac den Nobelpreis für Physik. Später wurden weitere Entdeckungen gemacht, und jetzt wissen wir, dass es für jedes Materieteilchen ein Antiteilchen dafür gibt.
Positron für Elektron, Antiproton für Proton, Antineutron für Neutron, und die Liste geht weiter. Doch diese Entdeckung verwirrte die Wissenschaftler erneut. Lassen Sie mich die Frage noch einmal stellen; Was sind die Grundbausteine des Universums? Quarks und Leptonen? Aber es sind Materieteilchen. Was ist mit diesen Antimateriepartikeln? Woher kamen sie? Die Antwort mag im ultimativen Anfang liegen, dem Urknall.
Wissenschaftlern zufolge begann das Universum mit dem Urknall vor etwa 14 Milliarden Jahren, und was heute existiert, kann auf dieses Ereignis zurückgeführt werden. Die Energie des Urknalls hätte gleiche Mengen an Materie und Antimaterieteilchen produzieren sollen. Aber wenn wir uns das Universum anschauen, von den kleinsten Flecken von Punkten bis zu den riesigen Galaxien, sehen wir nur die normale Materie. Wir können selten Antimaterieteilchen im Universum finden. Aber warum? Wo ist die verbleibende Antimaterie? Das nennt man das Problem der Antimaterie. Heute besteht eine der größten Herausforderungen in der wissenschaftlichen Welt darin, herauszufinden, was mit der Antimaterie geschehen ist. Warum sehen wir eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie?
Der spannende Aspekt dieses ganzen Szenarios ist, dass Materie und Antimaterieteilchen paarweise produziert werden. Wenn sie miteinander in Kontakt kommen, vernichten und geben sie Energie frei. Am Anfang, als der Urknall diese Materie-Antimaterie-Teilchenpaare hervorbrachte, kollidierten und vernichteten diese Teilchen auch und füllten das Universum mit reiner Energie.
Wenn also materie- und materiefeindliche Teilchen zusammen geschaffen und zerstört wurden, muss das Universum nur die verbleibende Energie enthalten. Aber das ist nicht das, was wir heute sehen. Wie Wissenschaftler das Universum beobachtet haben, haben sie geschätzt, dass glücklicherweise in einer Milliarde Kollisionen von Materie und Antimaterieteilchen ein Materieteilchen überlebt hat. Was wir jetzt beobachten, einschließlich der Planeten, Sterne und Galaxien, sind die Reste der Kollisionen. Aber es ist immer noch ein Rätsel, warum ein Materieteilchen überlebt hat. Aber es ist nur eine Lösung für das Anti-Materie-Problem.
Eine andere Erklärung ist, dass, wenn das Universum abkühlte, die Antimaterie sich hätte trennen und woanders existiert, weit weg von unserem beobachtbaren Universum. Es könnte Anti-Planeten, Anti-Sterne, Anti-Galaxien und vielleicht sogar das gesamte Anti-Universum geben. Ein Universum, das vollständig aus Antimaterie besteht. Die Stringtheorie sagt auch das Konzept der Paralleluniversen voraus, mit mehr Dimensionen, als wir heute kennen.
Stringtheorie ist eine andere Theorie, die versucht, alle vier Kräfte in der Natur zu vereinen: Schwerkraft, starke Kraft, schwache Kraft und elektromagnetische Kraft. Vergessen Sie nicht, dass PAUL DIRAC auch versuchte, die Kräfte zu vereinen und kam mit Anti-Materie.
Vielleicht werden wir in diesem Bereich noch viel mehr entdecken, und das wird eine spannende Reise.