什麼是反物質

1. 什麼是反物質

什麼是反物質？很簡單：

反物質就是電荷符號與常規物質相反的一類物質。

所以：

其構成元素、光譜、外觀、質量與常規物質完全一致。

也就是說看起來沒什麼兩樣。

但顯然，兩者水火不容。

目前科學家認為宇宙中的物質和反物質應該是等量的。

那麼反物質去哪了呢？

反物質去向

2. 什麼是反物質

普通物質由普通原子組成，普通原子由普通亞原子粒子組成，這些亞原子粒子包括質子、中子和電子。反物質的組成恰好與正物質相反，組成反物質的基本粒子為反質子、反中子和正電子。反粒子具有與其對應粒子相同的質量和電荷量，但所帶的電荷正負性和自旋剛好相反。例如，質子帶正電荷，而反質子則是帶相同數量的負電荷，但這兩種粒子的行為是一樣的。如果正反物質相遇，它們會立即發生湮滅，並釋放出大量的能量，其效率遠高於核能。

由於反物質與正物質湮滅會產生巨大的能量，因此，反物質通常在科幻作品中被用於宇宙飛船的燃料。根據計算，一克反物質產生的爆炸相當於一枚核彈。

在現實中，製造反物質的成本非常高昂。據估計，製造一克的反氫原子所需成本高達上百萬億元。目前，地球上所有粒子加速器產生的反物質還不夠煮沸一杯水。

3. 反物質是什麼東西

反物質就是正常物質的反狀態。當正反物質相遇時，雙方就會相互湮滅抵消，發生爆炸並產生巨大能量。反物質是一種人類陌生的物質形式，在粒子物理學里，反物質是反粒子概念的延伸，反物質是由反粒子構成的。

正電子、負質子都是反粒子，它們跟通常所說的電子、質子相比較，電量相等但電性相反。科學家設想在宇宙中可能存在完全由反粒子構成的物質，也就是反物質。
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。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。

在多數理論家看來，宇宙中正反物質的大尺度分離是不可能發生的。因此，三千萬光年的范圍內沒有反物質天體，已說明宇宙中大塊的反物質是不存在的。但是理論家也相信，極早期宇宙中正反物質應當等量。這樣，需要做的事是尋找物理機理，來說明宇宙如何才能從正反物質等量的狀態過渡到正物質為主的狀態。這里，理論家也遇到了非常尖銳的困難。

4. 什麼是反物質

大家都知道，我們的這個世界是由物質組成的，而物質則又是由原子、分子等微觀粒子所構成的。但是反物質卻是相反的，它是由原子、分子的反粒子，也就是反原子和反分子所構成。所以，這里所謂的反物質指的就是具有和物質完全相反的性質。

反物質，這個定義被提出已經很久，不過這首先要從正電子的預言和發現說起。最早在1928年的時候，英國物理學家狄拉克在試圖把20世紀最重要的原理——相對論和量子力學結合起來的實踐中發現了這一現象，並且預言了正電子的存在。而所有這一切都是由狄拉克所建立的相對論波動方程中得出負能量值的解引起的。在對這個方程求解的過程中，狄拉克一共得出了4個描述電子內部狀態的解，用來說明電子應當具有4個內部狀態。其中兩個狀態能夠用電子的自旋及自身磁矩的存在加以解釋；不過對於方程的另兩個附加解的求解過程中得到的負能量值的解得出了奇怪的結論。

由上述可知，假如一個電子真的可以存在於負能狀態，那麼，它就不可能因為和其他粒子相碰撞而慢慢減速並最終停停止，而是越加速越快，直到它的速度達到光速。不過，從相對論方程的分析中能夠清晰地知道，這種性質是實現不了的。所以，狄拉克提出了他非常著名的那個假設。

他做出的假設是這樣的：我們日常所說的真空，事實上並非是真空的，而是所有負能級上都有兩個電子的一種系統，因此，真空中是可以有無窮數目的電子，而且全部負能級都被電子占滿了。按照泡利汀容原理，電子不可能跳躍到某個已被占滿的負能級，因此它不得不留在正能級區聽之任之一個能級上。所以，一定是處於負能級的電子在受到激發後朝正能級躍遷。在這個過程中，就像電子由正能級跳躍到負能級上的反過程，通常只要是有能量大於能級的光子激發，是非常有可能發生的。

假如它真的發生了，那麼這個具有正能量的電子，就會使其躍遷出的負能級位置上出現一個空穴。如何來解釋這個空穴呢？以下不妨舉例說明，如果我們手上系著幾個充滿氫氣的氣球，那麼手就會感覺到有一個向上的拉力，若是突然其中一個氣球的線斷了，我們立馬就會感受到向上拉的力減小了，從反面來講，我們也可以解釋為是多了一個向下拉的力。同樣的道理，在負能級狀態缺少一個電子的空穴行為，就好像在那個地方產生了一個有正能量的帶正電的粒子，這個粒子就是我們所說的正電子。

按照上述的推理，人類就是第一次從理論上預言了反粒子的存在。接下來在1932年的時候，卡爾?安德生通過對宇宙射線的威爾遜去層實驗發現並證實了正電子的存在。繼安德生發現正電子後，1955年張伯萊發現了反質子，1956年又發現了中子。在20世紀60年代左右，又隨後發現一系列反粒子，接連發現反粒子使人們聯想到是否所有的粒子都有和它相對應的反粒子呢？

緊接著，人們在其後所進行的一系列實驗中發現，除去光子等少數粒子的反粒子是它的本身外，幾乎所有粒子都有反粒子。人類自古就相信宇宙是對稱的思想，不禁又使人們想到了既然粒子能組成物質，那麼反粒子為何不能組成反物質呢？就目前為大眾所公認的宇宙起源的大爆炸理論中則很明確地提出了的確是存在反物質的，並且還預言宇宙中應該存在存在等量的物質與反物質。

不過，探索反物質的道路是漫長而又艱難的。從發現第一個反粒子到現在已將近70年，在這中間人們也僅是從實驗中獲得了一些反粒子，並且最近幾年才人工合成了第一反原子——反氫原子。而對於能構成反物質的其他各類反原子、反分子都還一無所獲，更談不上反物質了。產生這些困難的原因在於人們發現的反粒都是從宇宙射線路獲得的，而宇宙射線到達地球首先要穿過厚達3000千米～4000千米的大氣層，因此射線中的絕大部分反粒子在到達地球前都已與大氣層中的粒子中和了。所以人們所能探測到的反粒子就極為微少了，並且反粒子都非常不穩定，極易與周圍物質粒子發生湮滅。

因此，科學家們的觀點是現在我們所處的這個物質世界中是不可能存在反物質的，就算存在也會很快和周圍物質相中和。所以，只能把探尋反物質的希望寄予宇宙空間。在宇宙空間深處可能存在一個與物質世界完全相反的空間，在那裡會存在大量的反物質，基於這一考慮，許多國家的科學家們數年共同努力下，「阿爾法磁譜議」終於升入太空。經過10天的太空航行後，它將對宇宙中是否存在反物質做初步探測。到2002年的時候，「阿爾法磁譜儀」就會被放置到新組建的「發現號」空間站，從此開始對反物質的大規模探測。

在現實中，如果反物質被探明是真實存在的，那麼，這將會是對在此基礎上建立起的現有宇宙起源論及相對論量子力學理論的最有力的實驗驗證。我們都知道根據愛因斯坦質能方程E=mc2，物質減少的質量將會轉化為能量。現在的核反應正是利用了這一點，但核反就不能使質能完全轉化；而物質與反物質相中和，因其產生出的是零質量的r光子，因此它的質量就會完全轉化為能量。1千克鈾235完全裂變釋放出的能量相當於2000噸優質煤完全燃燒時所放出的化學能。而同等質量的物質與反物質中和放出的能量則是鈾235的3200多倍！因此探索反物質對於能源相對短缺的現代社會亦有著重要大意義。如果一旦探測結果證明宇宙中並沒有反物質。那麼，這就會是對現有理論的一個不對理論物理的基礎進行最大的修改。

5. 什麼是反物質

1928年，英國物理學家狄拉克預測了反物質的存在。狄拉克聲稱，對於每一種通常的物質粒子，都存在著一種相應的反粒子，兩者質量相同，但所攜帶的電荷相反。這些反粒子可以結合起來形成反原子，而反原子又可進一步形成反物質，宇宙間的所有東西都有其反物質對應物，如反恆星、反星系等。此外，如果一個物質粒子與其對應的反物質粒子碰撞，它們將湮滅，並產生一高能的γ射線。

四年後，該理論就得到了證實。美國物理學家愛迪森發現了第一種反粒子，他在用雲霧室研究宇宙線時，觀察到一種粒子的蒸氣徑跡，此粒子的質量與電子質量相同，但攜帶相反的電荷。此粒子被命名為正電子，它是電子的反物質對應物。1955年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學家，使用一台粒子加速器產生出反質子。同年，在日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室的科學家，通過粒子加速器產生了正電子和反質子，並使它們相結合而生成了反氫原子，但是，整個過程只是很短暫的一瞬間。

6. 反物質是什麼意思

反物質是正常物質的反狀態。當正反物質相遇時，雙方就會相互湮滅抵消，發生爆炸並產生巨大能量。

正電子、負質子都是反粒子，它們跟通常所說的電子、質子相比較，電量相等但電性相反。科學家設想在宇宙中可能存在完全由反粒子構成的物質，也就是反物質。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。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。

反物質的研究歷史

自然界紛呈多樣的宏觀物體還原到微觀本源，它們都是由質子、中子和電子所構成的。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么簡單。

在30年代初，就有人發現了帶正電的電子（電子（Electron）是一種帶有負電的亞原子粒子），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。

7. 反物質究竟是什麼

反物質是正常物質的反狀態。當正反物質相遇時，雙方就會相互湮滅抵消，發生爆炸並產生巨大能量。

反粒子的概念最初來自於狄拉克方程的負能解。狄拉克方程同時有正能解和負能解，認為正能解是普通的費米子，正能態躍遷到負能態就會放出能量相當於兩倍該費米子質量的光子。

這樣一來負能解就也可以被詮釋為一個粒子，以上的躍遷過程就可以詮釋為負能粒子和正能粒子湮滅生成光子，因此把負能粒子稱作反粒子。只是受時代局限，當時還沒有量子場論的概念，單純只靠相對論性的狄拉克方程還不足以描述粒子的產生湮滅。

(7)什麼是反物質擴展閱讀

一切以「能量釋放」為目標的研究，最終都會優先服務於軍事，原子彈和氫彈便是最典型的例子，反物質自然也不例外。

雖然現在人類還沒辦法大規模製備反物質，將其做成「反物質炸彈」用於軍事目的，但電影《天使與魔鬼》中由微量反物質組成的「大規模殺傷性武器」還是有可能在不遠的將來出現的，《三體》中維德用來威脅包圍星環城艦隊的「反物質步槍子彈」，同樣也屬於微量反物質武器，只是威力媲美核彈而已。

但從適用性角度來看，人類之間的戰爭其實是用不上反物質的，因為它威力太大了。把反物質當作武器好比在巷戰中使用原子彈，稍微出現一點偏差就有可能造成「傷敵1000，自損999」的賠本局面。

8. 什麼是反物質

一、依據正反物質湮滅現象，可得此結論：

1、除光子外的任何正反物質，均不如光子穩定，故有向光子轉化的趨勢。

2、電中性，是物質最穩定的狀態。物質越偏離電中性，越不穩定；越接近電中性，越穩定。

3、可發生湮滅的正反物質，彼此的電荷量相同（或非常接近），而電性相反；湮滅的產物，必呈電中性。

4、可發生湮滅的正反物質，彼此的構成，非常接近。

二、由一對正負電子湮滅，通常轉化為2個光子，可得此結論：

1、最基礎的反物質，應當是正電子。

2、在封閉的系統中，一對正負電子湮滅，必轉化為2個光子；在非封閉的系統中，由於與周圍環境存在能量的交換，故所得的光子數，可不為2。

三、設特定正電荷A的電荷量，與10個特定負電荷B相等（A與B均不具備體積，但A所蘊含的能量，顯著大於B）。那麼，由1個A和10個B構成的物質P，為電中性（各個B分布在以A為球心的同一球面上）。

正電子M，相當於9個B，聚集在一個A周圍（其最終還是為正電荷）；電子N，相當於11個B，聚集在一個A周圍（其最終還是為負電荷）。湮滅的過程，即M與N相遇，而兩者發生重組，轉化為2個電中性的P（相當於光子）。

四、若將正反物質中心的正電荷稱為中心陽能，將聚集在同一正電荷周圍的負電荷稱為外周陰能——那麼，可得出如下結論。

1、可發生湮滅的基礎的正反物質（復雜的正反物質，可拆分為若干基礎的正反物質），彼此的中心陽能完全相同（或差異極小），且其所蘊含的能量，遠大於外周陰能（故在我們看來，正反物質，具有相同的質量和壽命）。

2、可發生湮滅的基礎的正反物質，彼此電性必相反，電荷量必相同（或差異極小）；且在封閉系統內，兩者所蘊含的能量之和，必略大於湮滅所產生的全部光子所蘊含的能量。

五、依據正反物質的電性可正可負，不難得知：

1、正反物質，並不固定，兩者可互相轉化——在可見宇宙中，電子遠多於正電子；故後者很少見，而將其稱為反物質。

2、若在可見宇宙外的某處，正電子遠多於電子，則電子將很少見，則其為反物質。