反物质存在吗 反物质真实图片

2024-09-0701:30:39综合资讯0

反物质就像普通物质的镜像,有着相同的质量,但某些属性却截然相反。就好比人的左右手一样,它们是对称的,但方向相反。例如,质子是带正电荷的重子,而反质子则是带负电荷的反重子。它们之间的区别不在于正负号,而是带电性质的相反。

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除了β衰变,反物质与普通物质在外表上几乎相同。在β衰变中,中子从“南极”发射电子,而反中子则从“北极”发射正电子。这种差异就像左右手的对称性一样,并不奇怪。

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我们无法仅凭观察来区分宇宙中的恒星和星系是由普通物质还是反物质构成。反物质恒星与普通恒星的运行方式和轨道相同,也会发光。就像电荷的正负或左右手,除非将它们放在一起比较,否则很难区分。

如果将它们放在一起,它们会发生湮灭,释放出巨大的能量(通常以光的形式)。如果1千克的反物质与你身体的1千克普通物质相遇,它们会发生湮灭,释放出相当于有史以来最大核爆炸的能量。

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想要知道物质储存的能量,可以使用质能公式:E=mc^2。使用标准单位(质量:kg,光速:m/s,能量:J)进行计算,就能直接得到能量结果。根据该公式,2千克物质所具有的能量E=(2 kg)(3×10^8 m/s)^2 = 1.8×10^17 J。

在宇宙中,普通物质和反物质星云的湮灭现象并不常见。这表明宇宙(至少是已知的宇宙)中,绝大多数可观察到的物质都是普通物质。我们的宇宙并不欢迎反物质。

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那么我们为什么还要假设反物质存在呢?当将相对论(时空的基础理论)融入薛定谔方程(描述粒子运动的精妙方法),我们会发现该方程有两个解,这意味着大多数粒子都存在左右两种形式(普通物质和反物质)。也是最重要的,我们可以制造反物质。

在粒子加速器等高能环境中,可以随机产生新的粒子,而且它们总是成对出现,例如一个质子会伴随着一个反质子产生。巧合的是,生成的质子带正电荷,在磁场中会受到电磁力作用,而反质子带负电荷,会受到相反的电磁力作用,导致它们运动方向相反。通过智慧和谨慎的实验设计,科学家们可以利用粒子加速器(产生)和粒子减速器(减速和储存)收集数亿个反粒子。

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关于反物质,最近有人提出将其制造成武器的荒谬想法。想象一下,一个粒子加速器需要消耗一个小镇的电力才能制造出数亿个反质子,然而产生的破坏力却相当于一颗雨滴砸到地面,甚至不如直接向敌人扔一块砖头。

我们在上层大气中能目睹到最高能的粒子相互作用。想要看到这些景象需要耐心等待,因为来自宇宙深空的“上帝粒子”携带的能量是欧洲核子研究中心的粒子加速器中产生的粒子能量的910^7倍。幸运的是,我们平均每隔几个月就能在几十英里外观察到一次这种超高能粒子。我们建立欧洲核子研究中心的意义就在于,我们可以近距离观察这些粒子碰撞。

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在上层大气中发生碰撞会同时产生物质和反物质,一些碰撞产物会被地球磁场的范艾伦辐射带俘获,这里存在着几纳克的反物质。每个拥有足够稳定磁场的行星和恒星都拥有极少量的反物质。如果你想寻找自然形成的反物质,可以去这些地方寻找。

但如果反物质和普通物质总是成对出现,而且它们之间没有实质性区别,为什么宇宙中的物质都是普通物质呢?没有人知道。这是一个令人兴奋的未解之谜。目前,重子不对称问题仍然是一个悬而未决的问题。虽然人们做了很多努力寻找答案,但依然没有找到。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. askamathematician- The Physicist

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