反物质是什么？

2025-02-16 14:17:43

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回答1：

反物质是一种假想的物质形式，在粒子物理学里，反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的，如同普通物质是由普通粒子所构成的。物质与反物质的结合，会如同粒子与反粒子结合一般，导致两者湮灭，且因而释放出高能光子或伽玛射线。1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子的存在。随后又发现了负质子和自旋方向相反的反中子。
正反物质的不对称疑难
在多数理论家看来，宇宙中正反物质的大尺度分离是不可能发生的。因此，三千万光年的范围内没有反物质天体，已说明宇宙中大块的反物质是不存在的。但是理论家也相信，极早期宇宙中正反物质应当等量。这样，需要做的事是寻找物理机理，来说明宇宙如何才能从正反物质等量的状态过渡到正物质为主的状态。这里，理论家也遇到了非常尖锐的困难。按照大爆炸理论，甚早期宇宙介质的温度非常高。粒子间的热碰撞会成对地产生任何基本粒子。当粒子的成对湮灭与成对产生达到统计平衡，宇宙介质就是一切基本粒子构成的混合气体，且任一种稳定或不稳定的粒子都有接近相等的数密度。至于重子和反重子的数目是否严格相等，这不是由物理规律决定，而是由初条件决定的。在理论家看来，在最初的宇宙中正反粒子应当等量才自然。但是易于看出，若这想法是对的，重子的守恒性立即会给出与事实明显不符的推论。当宇宙的膨胀使气体温度降至10 ^13 K以下，由于粒子的热动能已不够，热碰撞成对产生重子已不可能。于是湮灭过程将使正反重子的数目同时迅速下降。最终，宇宙中将既没有重子，也没有反重子。这显然不是真实宇宙的情景。事实上，今天宇宙中光子的数目最多．重子的数目是它的十万万分之一左右，反重子的数目很可能还要低许多量级。如果重子数B的守恒性是严格的物理规律，要宇宙从正反重子等量的状态演化成今天这样的状态是不可能的。然后，理论家又不能相信在原始的宇宙中重子就会多于反重子，那么问题的出路在哪儿？重子数B的守恒性肯定是严格成立的物理规律吗？至今难以计数的粒子实验确实没有发现过一个破坏重子数守恒的事例，但是这并不说明它一定是严格的规律。回顾一下化学的发展可作借鉴。化学反应是元素的重新组合。经验表明，在重组合的前后，每一种元素的原子数是守恒的，无数的化学实践表明没有例外。想把汞变金的炼金术的失败，更从反面提供了证明。但是有了核反应的知识后人们已清楚知道，汞变成金完全可能，关键在于要有高的能量让原子核发生变化。化学反应是在粒子能量小于1eV的条件下进行的，这条件下原子核不能相互接触，核反应就不能发生。若过程中粒子的能量超过1MeV，原子核之间就能充分接近，那么原子核就能变化了，原子数的守恒性也就随之破坏了。由此看来，原子数在化学过程中的守恒不是偶然的，但是它仅是低能下的唯象规律，而不是普遍成立的自然规律。借鉴同样的道理，重子数的守恒性也可能仅是一定能量范围的唯象规律，而不是普遍成立的。当粒子的能量更高，重子数的守恒性完全可能会不成立，这正是今天的理论家看到的出路。从70年代中期起，粒子物理中由弱电统一理论的成功，掀起了研究相互作用大统一的潮流。按这样的理论，高能下发生破坏重子数守恒的过程是自然的事，粒子物理中的这一潮流与宇宙学解决正反物质不对称疑难的需要不谋而合了。于是这疑难问题作为粒子物理和宇宙学的交叉领域而得到了很多进展。人们已清楚，要从正反物质等量的早期宇宙演化出今天正物质为主的状态，除了重子数守恒须可能被破坏外，正反粒子的相互作用性质还必须有适量的差别。由于超高能下的粒子物理规律至今还没有被掌握，因此实际上自然界是否确实具备这两个要素，尚不能回答，人们正在试探和摸索之中，如果今天的宇宙中只有正物质天体是事实，问题是否能按这思路得到解决也还并不完全肯定。总之，为彻底揭开宇宙反物质之谜，前面还有漫长路要走。人们已能预料，这问题的解决不仅对认识宇宙是重要的，它对物理学的影响也将是很深刻的。下面是小说《天使与魔鬼》（丹·布朗著）中提到的一些：反物质是人类目前所知的威力最大的能量源。它能百分之百的效率释放能量（核裂变的几率是百分之一点五）。反物质不造成污染，也不产生辐射，一小滴反物质就可以维持整个纽约城全天的动能。先别过于乐观，其中可隐藏着危机…… 反物质极不稳定，它可以把接触到的任何东西化为灰烬……连空气也概莫能外。仅仅一克反物质就相当于20万吨当量的核炸弹的能量——比当年扔在广岛的那颗原子弹要强2000多倍。当物质与反物质接触，原子最外层的电子因为所带电荷相反而抵消，原子核中的质子也因同样的原因相互抵消，而反中子因磁性与中子相反而与中子进行强烈的碰撞发出惊人的能量。爱因斯坦曾计算过这种完整的能量释放比率,跟这种完全的能量释放相比，核裂变就像划燃一根安全火柴一样微不足道。
编辑本段神秘的未知现象,反物质?
一些科学发现，常常使人们目瞪口呆，难以置信。而正是这些难以置信的发现，推动了人们对客观世界的认识和科学的进步。反物质的发现就是这样。 1932年，美国科学家安德森发现了一种特殊的粒子，它的质量和带电量同电子一样，只是它带的是正电，而电子带的是负电。因此，人们称它为正电子。正电子是电子的反粒子。正电子的发现引起了科学界的震惊和轰动。它是偶然的还是具有普遍性?如果具有普遍性，那么其它粒子是不是都具有反粒子?于是，科学家们在探索微观世界的研究中又增加了一个寻找的目标。 1955年，在美国的实验室中反质子被找到了。后来，又发现了反中子。60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。一个反物质的世界渐渐被科学家像考古般地"挖掘"了出来。反物质的发现，使人们自然地联想起了本世纪的许多不解之谜。通古斯大爆炸
最著名的是被称为"世纪巨谜"的通古斯大爆炸。1908年6月30日凌晨，俄国西伯利亚通古斯地区的泰加森林里，突然发生了一场剧烈的大爆炸。随着一道白光闪过和一声天崩地裂般的巨响，一片沉睡的原始森林顷刻化为灰烬。大火吞没了数百公里之内的城镇和生命，融化了冰层和冻土，引起山洪爆发、江河泛滥，仿佛"世界末日"到了。据估计，这次爆炸的威力相当于上百颗氢弹一齐爆炸! 通古斯爆炸震惊了全世界，"通古斯"也一夜之间名扬全球。由于西伯利亚的严寒和交通不便，直到1921年才由前苏联的一个研究小组第一次前去考察。以后世界上其他国家相继派团考察，但至今通古斯大爆炸之谜依然众说纷纭，莫衷一是。其中一种说法便认为是反物质引起的"湮灭"现象。因为这种能级的爆炸除非是流星或陨石坠落，否则无法解释，而那里却没有任何陨石碎块。 1979年9月22日，美国的一颗卫星拍摄了发生在西非沿海一带的酷似强烈爆炸的照片，经分析，它的强度相当于一次核爆炸。当时，只有美、苏、英等少数几个国家拥有核武器，谁会到如此遥远的地方进行核试验呢?美国政府几经调查，否定了核爆炸的可能性，认为是卫星和陨石撞击使仪器发错了信号，但第二年，这颗卫星又在同一海域记录到了与上次相同的现象，令政界和科学界大惑不解。对坚持通古斯大爆炸是反物质"湮灭"现象的科学家来说，又多了一个论据。 1984年4月29日晚10时许，日本一架班机飞抵美国阿拉斯加时，副机长突然发现飞机的前方有一团巨大的"蘑菇云"，而且急速向四周扩散，天空一片灰蓝……与此同时，荷兰的一架班机和这条航线上的其他两架飞机也见到了这种现象。降落后，获悉消息的美国当局立即对这四架飞机及机上人员进行放射性污染测试，结果，没有发现任何放射性污染的痕迹。目击者十分肯定地说这是核爆炸产生的烟雾，因而留下了又一个本世纪的"爆炸之谜"。反物质-可能是世界上最有威力的爆炸性物质
反物质的研究者认为，宇宙中存在着我们看不见摸不着的"反物质世界"，它的基本属性同我们周围的世界正好相反。反物质的原子核是由反质子和反中子构成的"负核"，外有正电子环绕。反物质一旦同我们世界的"正物质"接触，便会在瞬间发生爆炸，物质和反物质变为光子或介子，释放巨大能量，产生"湮灭"现象。 "反物质说"虽然只是科学上的一种假说，还有待证实，但反粒子等"负性物质"是确实存在的，而且现在又发现了反氘、反氢、反氦等等一系列反物质。相信随着科学技术的不断发展和科学研究的不断深入，人们对反物质作用的认识一定会越来越深刻，反物质世界必将为人类做出应做的贡献。
编辑本段美国宣称已经拥有反物质保存方法
人民网2008年11月17日报道：今年九月，美国格林空军基地“革命性弹药”研发小组的负责人肯尼斯·爱德华兹，突然现身美国五角大楼，向美军高官汇报他的最新研究成果。肯尼斯·爱德华兹说： “我们在反物质武器的研究上已获得重大突破——我们成功研发了一种能长期有效储存反物质的容器，这意味着反物质的军事用途即将成为现实！” 反物质是英国科学家狄拉克（Paul Adrie Maurice Dirac）于1928年根据推测出来的，1933年12月12日，他因此获得诺贝尔物理学奖金。狄拉克注意到，在相对论方程和量子电动力学的方程中，质量都是成平方出现的，那就是说 m2=(m)(m)=(-m)(-m)[相对论： W2/C2-PR2-m2C2=0和量子力学理论： [W2/C2-PR2-m2C2] Ψ=0 ] ，那么这个负质量是什么意思呢？于是反物质就被狄拉克这样轻松地从理论上推导出来了。由此看来，诺贝尔奖有时候就是如此简单，只是我们都视而不见或胆量不够，因为狄拉克为此也曾一度被众多科学家们讥讽为疯子。现在，组成物质的12种基本粒子的全部反粒子都已经被科学家在加速器中找到。美国实验物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪----AMS被送到太空，就是为了寻找太空中的反物质以及由反物质组成的宇宙。因为反物质和物质相遇就会湮灭，所以反物质无法在自然界找到，必须要到太空深处去寻找。位于法国和瑞士边界，耗资80亿美元，由2000多名物理学家花费14年时间建造的大型强子对撞机---（LHC），已经在2008年9月10日首次运行，用来探索反物质和宇宙大爆炸开始后万亿分之一秒内宇宙中物质的组成。根据宇宙大爆炸理论，爆炸形成的物质和反物质应该是对称的，可是我们的宇宙中物质和反物质却是不对称的。否则它们相互湮灭，也就不会有你我以及这宇宙和宇宙中的一切了。那么与我们的宇宙物质对称的反物质哪儿去了呢？1977年科学家们发现在银河系中心附近有一个可能的反物质源。如果那个地方真的存在，就意味着存在天然的反物质，也意味着人类直接从天然得到反物质的可能性，同时物质与反物质之间的万有斥力，也可以帮助我们解释为什么我们的宇宙在加速膨胀。1979年，美国科学家把一个有60层楼高的巨大气球放到离地面35公里的高空，气球上载有一批十分灵敏的探测仪器，结果，它在高空猎取了28个反质子。这是在地球以外第一次发现的反物质。物质和反物质在湮灭时会产生巨大的能量，并且不会像核弹那样产生放射线污染，所以被认为是一种最理想的清洁能源。但是科学往往都是一把双刃剑，可以造福人类，当然也可以给人类带来巨大的灾难。由几克反物质制造的炸弹就能毁灭地球，1克反物质产生的能量，就足以为23架航天飞机提供动力。反物质的应用，可以从根本上改变能源供应的模式，将会是一场能源革命。但是由于目前是由加速器产生的高能粒子打击固定靶产生反粒子，再经减速合成的，此过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量，且生成反物质的速率极低，生产一千亿分之一克的反物质，需要耗资近60亿美元，因此尚不具有经济和应用价值。反物质能反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。能量释放率要远高于氢弹爆炸。 ②反物质概念是英国物理学家保罗•狄拉克最早提出的。他在20世纪30年代预言，每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子，例如反电子，其质量与电子完全相同，而携带的电荷正好相反（A）。 ③科学家认为，宇宙诞生之初曾经产生了等量的物质与反物质。后来，由于某种原因，大部分反物质转化为物质。再加上有的反物质难于被观测，所以，在我们看来当今世界主要是由物质组成。一些科学家提出，宇宙中存在由反物质构成的反星系，反星系周围存在微小的黑洞群。在衰亡时会放出低能反质子和反氦原子核。因此，观测宇宙射线中的反质子和反氦原子核，可以为反物质天体的存在提供证据。 ④欧洲航天局的伽马射线天文观测台，证实了宇宙间反物质的存在。他们对宇宙中央的一个区域进行了认真的观测分析。发现这个区域聚集着大量的反物质。此外，伽马射线天文观测台还证明，这些反物质来源很多，它不是聚集在某个确定的点周围，而是广布于宇宙空间． ⑤前不久，一个由日本和美国科学家组成的研究小组，计划从今年开始在南极上空放飞气球，捕捉反物质天体释放出的反粒子，寻找反物质天体如友星系存在的证据．目标是观测低能反质子和反氦原子核。自1933年以来，日美研究小组曾在加拿大用气球进行观测，该地区受地球磁场和大气影响小．但为了不让气球飞跑，必须当天回收。而在南极上空，气球可持续飞行两周，观测数据能大幅度增加。 ⑥目前，人们发现和制造的反物质粒子虽然不多，但正电子作为反物质的一种形式，已经有了许多实际用途。例如，正电子发射X射线层析照相术（PET），医生利用PET扫描不仅能得出病人软组织的详细图像，而且能够观察他们体内的化学过程，其中包括在进行认识活动时大脑各部分消耗“燃料”的速度。反物质能潜在且十分诱人的用途是用来制造星际航行火箭的超级燃料。将氢和反氢混合湮灭来获得能量，这种燃料的1％克所产生的推力相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料（B）。此外，利用反物质能进行星际旅行，还可以减少携带燃料的质量，进一步提高飞行器的飞行速度。

回答2：

回答3：

什么是反物质？

回答4：

反物质是什么？

回答5：

反物质和我们已知宇宙的中所有物质的电子、质子相比较，电量相等但电性相反。当反物质和正物质相遇后会怎样？他们会毁灭对方，两个粒子会消失，他们的质量会完全转化，成为某种高能的作用力携带粒子，比如光子或胶子。我们把这一个过程叫做“湮灭”。

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