反物质
什么是反物质?
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、中子和电子所组成的。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,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。 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。 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),且电子的自旋量子数是-1/2而不是正1/2。质子与反质子也是这样。那么中子与反中子的性质有什么差别?其实粒子实验已证实,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。
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。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。 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。 反物质就是正常物质的镜像,正常原子由带正电荷的原子核构成,核外则是带负电荷的电子。但是,反物质的构成却完全相反,它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。
从根本上说,反物质就是物质的一种倒转的表现形式。爱因斯坦曾经根据相对论预言过反物质的存在:“对于一个质量为m,所带电荷为e的物质,一定存在一个质量为m,所带电荷为-e的物质(即反物质)”。按照物理学家假想,宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质,而两者一旦接触便会相互湮灭抵消,发生爆炸并产生巨大能量。
然而,出于某种原因,当今世界主要由物质构成,反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难,是物理学界所面临的一大挑战。 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。除此之外,还在星际空间发现了反物质流。把眼光放远到整个银河系,要问的是:在这个由千亿个恒星构成的系统中,会有一部分是反恒星吗?今天人们也已能肯定地回答:不会有。我们从地面上能接收到太空中飞行的宇宙射线。观测统计表明,宇宙射线粒子中反质子仅是质子的万分之几,并且这少量的反质子是高能粒子碰撞的次级产物,而不是原始的,此外宇宙射线中有很少的α粒子(即氦核),但是反α粒子却一个也没有发现过,这些事实说明原初的宇宙射线是由正物质组成的。
如果银河系中有反物质恒星,那么宇宙射线粒子将与它碰撞而发生湮灭。湮灭产生的π0介子将很快衰变而成γ光子。因此这种湮灭过程是能够通过γ射线的观测来发现的。正是没能找到湮灭过程所放出的很有特征性的γ光子,使人们知道,银河系中并没有反恒星的存在,整个银河系都是由正物质组成的。
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。物质与反物质的结合,会如同粒子与反粒子结合一般,导致两者湮灭并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。2010年11月17日,欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。2011年5月初,中国科学技术大学与美国科学家合作发现迄今最重反物质粒子——反氦4。2011年6月5日欧洲核子研究中心的科研人员宣布已成功抓取反氢原子超过16分钟。 下面链接有详细介绍:
答: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。详情>>
答:这种心智与活动均集中于单一物体的现象,其实就是儿童内心深处的外在表现详情>>
答:普遍必然性:科学理论来自于实践,也必须回到实践,它必须能够解释其适用范围内的已知的所有事实详情>>