什么是反物质

1. 什么是反物质

什么是反物质？很简单：

反物质就是电荷符号与常规物质相反的一类物质。

所以：

其构成元素、光谱、外观、质量与常规物质完全一致。

也就是说看起来没什么两样。

但显然，两者水火不容。

目前科学家认为宇宙中的物质和反物质应该是等量的。

那么反物质去哪了呢？

反物质去向

2. 什么是反物质

普通物质由普通原子组成，普通原子由普通亚原子粒子组成，这些亚原子粒子包括质子、中子和电子。反物质的组成恰好与正物质相反，组成反物质的基本粒子为反质子、反中子和正电子。反粒子具有与其对应粒子相同的质量和电荷量，但所带的电荷正负性和自旋刚好相反。例如，质子带正电荷，而反质子则是带相同数量的负电荷，但这两种粒子的行为是一样的。如果正反物质相遇，它们会立即发生湮灭，并释放出大量的能量，其效率远高于核能。

由于反物质与正物质湮灭会产生巨大的能量，因此，反物质通常在科幻作品中被用于宇宙飞船的燃料。根据计算，一克反物质产生的爆炸相当于一枚核弹。

在现实中，制造反物质的成本非常高昂。据估计，制造一克的反氢原子所需成本高达上百万亿元。目前，地球上所有粒子加速器产生的反物质还不够煮沸一杯水。

3. 反物质是什么东西

反物质就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。反物质是一种人类陌生的物质形式，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。

正电子、负质子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子相比较，电量相等但电性相反。科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质，也就是反物质。
电子和反电子的质量相同，但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。粒子与反粒子不仅电荷相反，其他一切可以相反的性质也都相反。

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。

4. 什么是反物质

大家都知道，我们的这个世界是由物质组成的，而物质则又是由原子、分子等微观粒子所构成的。但是反物质却是相反的，它是由原子、分子的反粒子，也就是反原子和反分子所构成。所以，这里所谓的反物质指的就是具有和物质完全相反的性质。

反物质，这个定义被提出已经很久，不过这首先要从正电子的预言和发现说起。最早在1928年的时候，英国物理学家狄拉克在试图把20世纪最重要的原理——相对论和量子力学结合起来的实践中发现了这一现象，并且预言了正电子的存在。而所有这一切都是由狄拉克所建立的相对论波动方程中得出负能量值的解引起的。在对这个方程求解的过程中，狄拉克一共得出了4个描述电子内部状态的解，用来说明电子应当具有4个内部状态。其中两个状态能够用电子的自旋及自身磁矩的存在加以解释；不过对于方程的另两个附加解的求解过程中得到的负能量值的解得出了奇怪的结论。

由上述可知，假如一个电子真的可以存在于负能状态，那么，它就不可能因为和其他粒子相碰撞而慢慢减速并最终停停止，而是越加速越快，直到它的速度达到光速。不过，从相对论方程的分析中能够清晰地知道，这种性质是实现不了的。所以，狄拉克提出了他非常着名的那个假设。

他做出的假设是这样的：我们日常所说的真空，事实上并非是真空的，而是所有负能级上都有两个电子的一种系统，因此，真空中是可以有无穷数目的电子，而且全部负能级都被电子占满了。按照泡利汀容原理，电子不可能跳跃到某个已被占满的负能级，因此它不得不留在正能级区听之任之一个能级上。所以，一定是处于负能级的电子在受到激发后朝正能级跃迁。在这个过程中，就像电子由正能级跳跃到负能级上的反过程，通常只要是有能量大于能级的光子激发，是非常有可能发生的。

假如它真的发生了，那么这个具有正能量的电子，就会使其跃迁出的负能级位置上出现一个空穴。如何来解释这个空穴呢？以下不妨举例说明，如果我们手上系着几个充满氢气的气球，那么手就会感觉到有一个向上的拉力，若是突然其中一个气球的线断了，我们立马就会感受到向上拉的力减小了，从反面来讲，我们也可以解释为是多了一个向下拉的力。同样的道理，在负能级状态缺少一个电子的空穴行为，就好像在那个地方产生了一个有正能量的带正电的粒子，这个粒子就是我们所说的正电子。

按照上述的推理，人类就是第一次从理论上预言了反粒子的存在。接下来在1932年的时候，卡尔?安德生通过对宇宙射线的威尔逊去层实验发现并证实了正电子的存在。继安德生发现正电子后，1955年张伯莱发现了反质子，1956年又发现了中子。在20世纪60年代左右，又随后发现一系列反粒子，接连发现反粒子使人们联想到是否所有的粒子都有和它相对应的反粒子呢？

紧接着，人们在其后所进行的一系列实验中发现，除去光子等少数粒子的反粒子是它的本身外，几乎所有粒子都有反粒子。人类自古就相信宇宙是对称的思想，不禁又使人们想到了既然粒子能组成物质，那么反粒子为何不能组成反物质呢？就目前为大众所公认的宇宙起源的大爆炸理论中则很明确地提出了的确是存在反物质的，并且还预言宇宙中应该存在存在等量的物质与反物质。

不过，探索反物质的道路是漫长而又艰难的。从发现第一个反粒子到现在已将近70年，在这中间人们也仅是从实验中获得了一些反粒子，并且最近几年才人工合成了第一反原子——反氢原子。而对于能构成反物质的其他各类反原子、反分子都还一无所获，更谈不上反物质了。产生这些困难的原因在于人们发现的反粒都是从宇宙射线路获得的，而宇宙射线到达地球首先要穿过厚达3000千米～4000千米的大气层，因此射线中的绝大部分反粒子在到达地球前都已与大气层中的粒子中和了。所以人们所能探测到的反粒子就极为微少了，并且反粒子都非常不稳定，极易与周围物质粒子发生湮灭。

因此，科学家们的观点是现在我们所处的这个物质世界中是不可能存在反物质的，就算存在也会很快和周围物质相中和。所以，只能把探寻反物质的希望寄予宇宙空间。在宇宙空间深处可能存在一个与物质世界完全相反的空间，在那里会存在大量的反物质，基于这一考虑，许多国家的科学家们数年共同努力下，“阿尔法磁谱议”终于升入太空。经过10天的太空航行后，它将对宇宙中是否存在反物质做初步探测。到2002年的时候，“阿尔法磁谱仪”就会被放置到新组建的“发现号”空间站，从此开始对反物质的大规模探测。

在现实中，如果反物质被探明是真实存在的，那么，这将会是对在此基础上建立起的现有宇宙起源论及相对论量子力学理论的最有力的实验验证。我们都知道根据爱因斯坦质能方程E=mc2，物质减少的质量将会转化为能量。现在的核反应正是利用了这一点，但核反就不能使质能完全转化；而物质与反物质相中和，因其产生出的是零质量的r光子，因此它的质量就会完全转化为能量。1千克铀235完全裂变释放出的能量相当于2000吨优质煤完全燃烧时所放出的化学能。而同等质量的物质与反物质中和放出的能量则是铀235的3200多倍！因此探索反物质对于能源相对短缺的现代社会亦有着重要大意义。如果一旦探测结果证明宇宙中并没有反物质。那么，这就会是对现有理论的一个不对理论物理的基础进行最大的修改。

5. 什么是反物质

1928年，英国物理学家狄拉克预测了反物质的存在。狄拉克声称，对于每一种通常的物质粒子，都存在着一种相应的反粒子，两者质量相同，但所携带的电荷相反。这些反粒子可以结合起来形成反原子，而反原子又可进一步形成反物质，宇宙间的所有东西都有其反物质对应物，如反恒星、反星系等。此外，如果一个物质粒子与其对应的反物质粒子碰撞，它们将湮灭，并产生一高能的γ射线。

四年后，该理论就得到了证实。美国物理学家爱迪森发现了第一种反粒子，他在用云雾室研究宇宙线时，观察到一种粒子的蒸气径迹，此粒子的质量与电子质量相同，但携带相反的电荷。此粒子被命名为正电子，它是电子的反物质对应物。1955年，美国劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家，使用一台粒子加速器产生出反质子。同年，在日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室的科学家，通过粒子加速器产生了正电子和反质子，并使它们相结合而生成了反氢原子，但是，整个过程只是很短暂的一瞬间。

6. 反物质是什么意思

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。

正电子、负质子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子相比较，电量相等但电性相反。科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质，也就是反物质。电子和反电子的质量相同，但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。粒子与反粒子不仅电荷相反，其他一切可以相反的性质也都相反。

反物质的研究历史

自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源，它们都是由质子、中子和电子所构成的。这些粒子因而被称为基本粒子，意指它们是构造世上万物的基本砖块，事实上基本粒子世界并没有这么简单。

在30年代初，就有人发现了带正电的电子（电子（Electron）是一种带有负电的亚原子粒子），这是人们认识反物质的第一步。到了50年代，随着反质子和反中子的发现，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。

7. 反物质究竟是什么

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。

反粒子的概念最初来自于狄拉克方程的负能解。狄拉克方程同时有正能解和负能解，认为正能解是普通的费米子，正能态跃迁到负能态就会放出能量相当于两倍该费米子质量的光子。

这样一来负能解就也可以被诠释为一个粒子，以上的跃迁过程就可以诠释为负能粒子和正能粒子湮灭生成光子，因此把负能粒子称作反粒子。只是受时代局限，当时还没有量子场论的概念，单纯只靠相对论性的狄拉克方程还不足以描述粒子的产生湮灭。

(7)什么是反物质扩展阅读

一切以“能量释放”为目标的研究，最终都会优先服务于军事，原子弹和氢弹便是最典型的例子，反物质自然也不例外。

虽然现在人类还没办法大规模制备反物质，将其做成“反物质炸弹”用于军事目的，但电影《天使与魔鬼》中由微量反物质组成的“大规模杀伤性武器”还是有可能在不远的将来出现的，《三体》中维德用来威胁包围星环城舰队的“反物质步枪子弹”，同样也属于微量反物质武器，只是威力媲美核弹而已。

但从适用性角度来看，人类之间的战争其实是用不上反物质的，因为它威力太大了。把反物质当作武器好比在巷战中使用原子弹，稍微出现一点偏差就有可能造成“伤敌1000，自损999”的赔本局面。

8. 什么是反物质

一、依据正反物质湮灭现象，可得此结论：

1、除光子外的任何正反物质，均不如光子稳定，故有向光子转化的趋势。

2、电中性，是物质最稳定的状态。物质越偏离电中性，越不稳定；越接近电中性，越稳定。

3、可发生湮灭的正反物质，彼此的电荷量相同（或非常接近），而电性相反；湮灭的产物，必呈电中性。

4、可发生湮灭的正反物质，彼此的构成，非常接近。

二、由一对正负电子湮灭，通常转化为2个光子，可得此结论：

1、最基础的反物质，应当是正电子。

2、在封闭的系统中，一对正负电子湮灭，必转化为2个光子；在非封闭的系统中，由于与周围环境存在能量的交换，故所得的光子数，可不为2。

三、设特定正电荷A的电荷量，与10个特定负电荷B相等（A与B均不具备体积，但A所蕴含的能量，显着大于B）。那么，由1个A和10个B构成的物质P，为电中性（各个B分布在以A为球心的同一球面上）。

正电子M，相当于9个B，聚集在一个A周围（其最终还是为正电荷）；电子N，相当于11个B，聚集在一个A周围（其最终还是为负电荷）。湮灭的过程，即M与N相遇，而两者发生重组，转化为2个电中性的P（相当于光子）。

四、若将正反物质中心的正电荷称为中心阳能，将聚集在同一正电荷周围的负电荷称为外周阴能——那么，可得出如下结论。

1、可发生湮灭的基础的正反物质（复杂的正反物质，可拆分为若干基础的正反物质），彼此的中心阳能完全相同（或差异极小），且其所蕴含的能量，远大于外周阴能（故在我们看来，正反物质，具有相同的质量和寿命）。

2、可发生湮灭的基础的正反物质，彼此电性必相反，电荷量必相同（或差异极小）；且在封闭系统内，两者所蕴含的能量之和，必略大于湮灭所产生的全部光子所蕴含的能量。

五、依据正反物质的电性可正可负，不难得知：

1、正反物质，并不固定，两者可互相转化——在可见宇宙中，电子远多于正电子；故后者很少见，而将其称为反物质。

2、若在可见宇宙外的某处，正电子远多于电子，则电子将很少见，则其为反物质。