地球或宇宙中有没有“反物质”?

地球或宇宙中有没有“反物质”

宇宙中当然存在着反物质。反物质这一概念是在相对论在跟量子力学结合之后,非常自然地产生出来的一个「能量问题」。狄拉克是一位极具想象力的物理学家,他给出了薛定谔方程的相对论版本,并让这个方程满足了概率方面的一些要求,不过,在这一修改之后,粒子的能量竟然可以取到负值。狄拉克对「负能量」进行了这样的解释:真空中并非是真的空无一物,而是充满了无限多的具有负能量的粒子,这些粒子是负能量的海洋——我们现在称之为「狄拉克海(Dirac sea)」。

假设现在向真空中发射能量,当能量足够强时,就有可能把狄拉克海中的粒子激发到正能量的状态。这样,在负能量的海洋里就出现了一个「空穴」,这样的空穴就已经不再具有负能量了,而是具有正能量了——这种在狄拉克海中的空穴就是传说中的「反物质⁠1」(antimatter)。反物质带有「正能量」就意味着当其跟物质相遇而湮灭时,会放出双倍于物质质量的能量。

反物质粒子与其所对应的物质粒子的质量、寿命、自旋相等,然而其电荷却恰好相反。因此有意思的是,「正电子(Positron)」因为带正电,所以是反物质粒子。1932 年,卡尔·安德森(Carl David Anderson)在宇宙射线中发现了正电子,验证了狄拉克的猜测。不仅仅在宇宙射线中存在着反物质,人工也可以产生出反物质。

反物质和正物质有啥区别,在未来能否改变人类的能源结构?

反物质是宇宙中最神秘的物质。首先由保罗·狄拉克的波动方程所预言,1932年8月2日安德森在云雾室中首次发现了正电子的踪迹。随着反中子和反质子的发现,人们才开始意识到,任何物质都有自己的反版本。那么什么是反粒子呢?和粒子有啥区别我们知道正物质都是由原子组成的,而原子又是由质子、中子和电子组成的。而标准模型中每一个存在的粒子,无论是基本粒子,如夸克、电子或光子,还是复合粒子,如中子或质子,都有一个反粒子!那么在宇宙中为何会诞生反物质呢?因为在宇宙早期高能光子相撞,就会诞生成对的正反粒子,然后正反粒子又湮灭把能量归还给宇宙,在高能粒子对撞机中也是这种情况,要想制造出物质粒子,必然会出现等量的反物质粒子。

那么宇宙为何最后选择了正物质,也就是为何正反物质的量不对称,这就是另外一个话题了,也是目前是物理学的第一大谜题。但也有很多猜想,但都是超出标准模型中的粒子所能解释的范畴。例如:存在违反重子数守恒的相互作用,存在严重破坏cp对称的粒子等等。在很多方面,反粒子和普通粒子是一样的。它们有同样的质量,同样大小的电荷,同样大小的自旋,如果正粒子是一个不稳定的粒子,那么反粒子也有同样的寿命。

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