誰知道反物質是什麼,反物質是什麼?

2022-12-03 15:16:18 字數 5317 閱讀 1434

1樓:匿名使用者

反質子、反中子和反電子如果像質子、中子、電子那樣結合起來就形成了反原子。由反原子構成的物質就是反物質。當你照鏡子時,鏡中的那個你如果真的存在,並出現在你面前,會怎麼樣呢?

科學家們已經考慮過這個問題,他們把鏡中那個你叫做「反你」。科學家想象很遠的地方有個和我們的世界很像的世界,它將是一個由反恆星、反房子、反食物等所有的反物質構成的反世界。反物質正是一般物質的對立面,而一般物質就是構成宇宙的主要部分。

編輯本段粒子物理中的反物質概念

我們知道,把自然界紛呈多樣的巨集觀物體還原到微觀本源,它們都是由質子、中子和電子所組成的。這些粒子因而被稱為基本粒子,意指它們是構造世上萬物的基本磚塊,事實上基本粒子世界並沒有這麼簡單。在30年代初,就有人發現了帶正電的電子,這是人們認識反物質的第一步。

到了50年代,隨著反質子和反中子的發現,人們開始明確地意識到,任何基本粒子都在自然界中有相應的反粒子存在。

電子和反電子的質量相同,但有相反的電荷。質子與反質子也是這樣。那麼中子與反中子的性質有什麼差別?

其實粒子實驗已證實,粒子與反粒子不僅電荷相反,其他一切可以相反的性質也都相反。這裡我們討論一下重子數的概念。

質子與中子被統稱為核子。人們從核現象的研究發現,質子能轉化為中子,中子也能轉化為質子,但在轉化前後,系統的總核子數是不變的。50年代起的粒子實驗表明,還有很多種比核子重的粒子,它們與核子也屬同一類,這類粒子於是被改稱為重子,核子僅是其最輕的代表,一般的規律是:

當粒子通過相互作用而發生轉化,系統中的重子個數是不會改變的。

由於重子數的守恆性,兩個質子相碰是不會產生一個包含三個重子的系統的,那麼反核子應當怎麼產生?實驗表明,反核子總是在碰撞中與核子成對地產生的。例如

p+p → n+n+n+n'+若干 π介子

其中n代表質子或中子,n'代表反質子或反中子。反核子一旦產生,它常很快與周圍的某個核子再相碰而鹹對地湮滅。例如

n+n' → 若干 π介子

對於比核子更重的重子,情況完全一樣。反重子也總是與重子成對地產生,成對地湮滅的。這些經驗使人們認識到,重子數的守恆規律需要重新認識。

現在人們把重子數b當作描述粒子性質的一種荷。正反重子不僅有相反的電荷,而且也有相反的重子數b。令任一個重子都具有重子數b=+1,則任一個反重子都具有b=-1。

介子、輕子和規範子等非重子不具有重子數,即它們有b=0。重子數的守恆規律可表述為:任何粒子反應都不會改變系統的總重子數b。

這表述既反映了不涉及反粒子時的重子個數不變,也概括了反粒子與粒子的成對產生和湮滅。現在我們容易理解中子和反中子的區別了,它們具有相反的重子數b,因此反中子能與核子相碰導致湮滅,而中子則不能。

此外,人們還類似地發現了輕子數的守恆性。中微子雖不帶電,也不具有重子數,但它與反中微子具有相反的輕子數。按輕子數的守恆性,中微子與反中微子的物理行為也是很不一樣的,實驗還表明,介子數和規範粒子數是不具有守恆性的。

這樣我們看到,電荷只是粒子的一種屬性,另外還有用重子數和輕子數等物理量刻畫的其他屬性。正反粒子的這些屬性也都是相反的。

2023年,英國青年物理學家狄拉克從理論上首次論證了正電子的存在。這種正電子除了電性和電子相反外,一切性質和電子相同。2023年,美國物理學家安德遜在實驗室中發現了狄拉克所預言的正電子。

2023年,美國物理學家西格雷等人用人工的方法獲得了反質子。此後人們逐漸認識到,不僅質子和電子,所有的微觀粒子都有各自的反粒子。

這一系列科學成果使人們日漸接近反物質世界。然而問題並不那麼簡單。首先,在地球上很難發現反物質。

因為粒子與反粒子碰到一起,就像冰塊遇上火球一樣,或者一起消失,或者轉變為其他粒子。所以在地球上,反物質一旦碰上其它物質就會被兼併掉。其次,製造反物質相當困難而且耗費巨大,需要如ssc或lhc之類的高科技儀器,並且即使製造出反物質,也難以儲存,因為地球上萬物都有物質構成。

我們周圍的巨集觀物質主要由重子數為正的質子和中子所組成。因此,這樣的物質被稱為正物質,由他們的反粒子組成的物質相應地叫反物質。從粒子物理的角度講,正粒子和反粒子的性質幾乎完全對稱,那麼為什麼自然界有大量的正物質,而卻幾乎沒有反物質呢?

這正是我們現在要討論的問題。

從根本上說,反物質就是物質的一種倒轉的表現形式。愛因斯坦曾經根據相對論預言過反物質的存在:「對於一個質量為m,所帶電荷為e的物質,一定存在一個質量為m,所帶電荷為-e的物質(即反物質)」。

nasa設想的正電子飛船(開發中)

編輯本段宇宙中有反物質天體嗎?

粒子實驗已證實,正反粒子的強作用和電磁作用性質完全一樣,因此反質子和反中子也能結合成帶負電的反原子核,反核和反電子結合在一起,就能組成反原子。我們的正物質世界有多少種原子,相應在反物質世界中也能有多少種反原子,而且它們在結構上將是完全沒有區別的,延伸起來講,大量反原子可以構成反物質的恆星和星系。如果宇宙中正反物質為等量,那麼這樣的反恆星和反星系就應當存在。

因此這給天文學家提出了一個深刻的問題:天上有反恆星和反星系嗎?

要由觀測來分辨遠處星系由物質構成或反物質構成並不容易,至今的天文觀測只是接收遠處天體所放出的光子。原則上,正物質天體若輻射光子,那麼同樣的反物質天體應當輻射反光子。但是光子是純中性的粒子,因此光子與反光子是同一種粒子。

這樣,天文學家通過可見光、射電、x射線或 γ 射線觀測,原則上無法區分他的目的物是由物質構成還是由反物質構成。恆星和星系除了輻射光子外,它們還輻射中微子。中微子與反中微子很不一樣,如果天文學家能接收中微子,那麼他就能區分物質天體與反物質天體。

可惜中微子與任何物質的相互作用都很微弱,造一個能接收它們的儀器很困難。今天用這辦法來區分物質天體或反物質天體還辦不到。那麼讓我們問:

與我們最鄰近的太陽或月亮會是由反物質組徹嗎?

月亮是離我們最近的天體,由地面出發的宇航員已在月球上登陸過。如果月球是由反物質組成的,那麼在那位宇航員與月球接觸時,湮滅過程早已把他轉化為介子了。這是直接證據,表明月亮是正物質天體。

至於太陽,那是人類沒有可能登陸的地方。那麼怎麼才能知道它不是由反物質組成的呢?太陽表面的氣體很熱,其中熱運動速度較快的原子的速度已超過了太陽表面的逃逸速度,這就是太陽風的起因,若太陽是反物質恆星,太陽風就由反原子組成,它吹到行星上,就會和行星的正原子相湮滅。

於是正物質組成的行星會逐漸消失掉,這種消失過程沒有發生,就證明了整個太陽系中沒有反物質天體。這樣,如果要存在反物質天體,它至少應在太陽系之外。

2023年,美國科學家把一個有60層樓高的巨大氣球放到離地面35公里的高空,氣球上載有一批十分靈敏的探測儀器,結果,它在高空獵取了28個反質子。這是在地球以外第一次發現的反物質。除此之外,還在星際空間發現了反物質流。

把眼光放遠到整個銀河系,要問的是:在這個由千億個恆星構成的系統中,會有一部分是反恆星嗎?今天人們也已能肯定地回答:

不會有。我們從地面上能接收到太空中飛行的宇宙射線。觀測統計表明,宇宙射線粒子中反質子僅是質子的萬分之幾,並且這少量的反質子是高能粒子碰撞的次級產物,而不是原始的,此外宇宙射線中有很少的 α 粒子(即氦核),但是反 α 粒子卻一個也沒有發現過,這些事實說明原初的宇宙射線是由正物質組成的。

如果銀河系中有反物質恆星,那麼宇宙射線粒子將與它碰撞而發生湮滅。湮滅產生的 π 0 介子將很快衰變而成 γ 光子。因此這種湮滅過程是能夠通過 γ 射線的觀測來發現的。

正是沒能找到湮滅過程所放出的很有特徵性的 γ 光子,使人們知道,銀河系中並沒有反恆星的存在,整個銀河系都是由正物質組成的。

我們的宇宙是由大量星系構成的。若在遠處有反物質組成的星系,原則上也能用同樣的道理來發現。星系之間並不是真空,而是瀰漫著很稀薄的氣體。

因此,若既有正物質星系又有反物質星系,那麼正反物質必會相遇,相遇處必會有湮滅過程發生。人們著意地尋找了相應的 γ 射線,而沒有找到過。於是得出結論:

在三千萬光年的範圍內不會有巨大的反物質星系存在。若在更遠的地方有這種湮滅發生,由於它的訊號太弱而沒有被發現是不能排除的。所以上述結論是今天的觀測能力所能給出的回答。

在這樣的結果面前,人們的看法分成了兩種。一種認為宇宙中正反物質應當是等量的,需要的是從更遠處去尋找反物質星系存在的證據。另一種認為事實已暗示,宇宙中沒有大量的反物質存在,需要的是從宇宙的演化中去尋找造成今天沒有反物質的原因。

2樓:宇宙大**

反物質和我們已知宇宙的中所有物質的電子、質子相比較,電量相等但電性相反。當反物質和正物質相遇後會怎樣?他們會毀滅對方,兩個粒子會消失,他們的質量會完全轉化,成為某種高能的作用力攜帶粒子,比如光子或膠子。

我們把這一個過程叫做「湮滅」。

3樓:匿名使用者

就是跟一般的基本粒子質量相等、電性相反的東西

4樓:匿名使用者

反物質就是介質反向的意思。

反物質是什麼?

5樓:宇宙大**

反物質和我們已知宇宙的中所有物質的電子、質子相比較,電量相等但電性相反。當反物質和正物質相遇後會怎樣?他們會毀滅對方,兩個粒子會消失,他們的質量會完全轉化,成為某種高能的作用力攜帶粒子,比如光子或膠子。

我們把這一個過程叫做「湮滅」。

反物質具體是什麼?

6樓:宇宙大**

反物質和我們已知宇宙的中所有物質的電子、質子相比較,電量相等但電性相反。當反物質和正物質相遇後會怎樣?他們會毀滅對方,兩個粒子會消失,他們的質量會完全轉化,成為某種高能的作用力攜帶粒子,比如光子或膠子。

我們把這一個過程叫做「湮滅」。

7樓:匿名使用者

宇宙大**以後釋放出巨大的能量,這能量就是物質,也就是粒子,有正粒子和反粒子,他們相撞後相互泯滅,然而量子理論的不確定性原理說明宇宙中沒有完美這回事,所以c(正反粒子對換)p(取映象)t(取時間反演也就是顛倒運動方向)聯合對稱成立,而微觀尺度cp聯合對稱不成立,也就是t對稱失效,使得反粒子可以在高能環境下變成正粒子,也允許相反的過程,然而物理定律對正粒子和反粒子不是完全相同的,所以正反粒子泯滅後殘留下來少部分的粒子,我們甚至永遠不可能搞清楚殘留下來的是正粒子還是反粒子(如果殘留下來的是反粒子,我們顛倒叫法就行了,這只是人為的名稱),這些殘留下來的正粒子也就是正的具有正能量的物質形成了星系和我們自身,在非人為干涉下只有宇宙之初存在反物質(黑洞例外)。隨著科學的發展,人類對萬物的基本粒子的求知越發強烈,所以一代又一代的高能粒子對撞機不斷地加速質子束使其碰撞就是為了能夠看得更小(因為能量越高我們就能夠檢測的越微小),同時足夠高的能量可以模擬出宇宙大**的微觀近似環境,是高能下的正粒子變成反粒子,也就是反物質,然而反物質一旦接觸到正能量的正物質就會立刻和正能量抵消泯滅,所以無從捕獲,這個問題目前沒有任何解決的途徑和線索,這也將是未來制約實現穿越時空的最大技術屏障,如果能有持續的負能量區域和足夠的時空捲曲度就可以在三維時間中穿梭了(光線經過大能量(質量)物體時會偏折證明了空間可以被捲曲只要能量夠大)。黑洞是自然界最奇異的現象,黑洞所產生的巨大能量使得所有物理定律到達奇點的一刻崩潰,所以在那裡一切皆有可能,當然包括反物質。

結論是反物質曾經存在過,在黑洞中也存在(只是理論上),可人類目前的思維形式無望獲取並利用他們,雖然它如此的誘人並且有很高的應用價值.

反物質有什麼作用,反物質武器的用途有什麼?

反物質和我們已知宇宙的中所有物質的電子 質子相比較,電量相等但電性相反。當反物質和正物質相遇後會怎樣?他們會毀滅對方,兩個粒子會消失,他們的質量會完全轉化,成為某種高能的作用力攜帶粒子,比如光子或膠子。我們把這一個過程叫做 湮滅 與正物質相反,和正物質結合會湮滅產生大量能量.從現有理論來講,全部已知...

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