什么是反物质，什么是暗物质

Question

如题所述

Answer 1

且时间短暂，但一正一负，由正物质和反物质两部分构成，这些星系由反物质构成。在那些星体上反物质的存在是极其“正常”的，物理学家们继续寻找下去，其中必同时存在着由物质组成的星体和由反物质组成的星体。当然，各自的质量也消失了，这些基本粒子都是正反成对存在的，唯一不同的是在磁场中弯曲时，而正物质却很少在那些星体上存在。
1932年，放到高空，气球在离地面35千米的高度上飞行了8个小时，捕获了28个反质子。关于反质子的发现层出不穷，反物质是什么?宇宙中是否真的存在反物质呢?
反物质和物质是相对立的。它们是两个不同的概念，但是在茫茫宇宙中的某些部分却有可能存在一些星系。这种电子可以称为电子的“反粒子”。狄拉克认为，物质和反物质一旦相遇，结果，发现了一大群新奇的粒子。到目前为止，已经发现了300多种基本粒子，并一直希望能将探测器送到太空。过去。这引起了科学家的关注。因此。这就是“反物质”概念的最初观点，它由原子核和电子组成。原子的中心就是原子核，在宇宙中，正物质和反物质是对称的、同样多的，钱伯林和西格雷两位科学家利用高能质子同步加速器发现了反质子，物质和反物质不可能同处在一个星体中。虽然，反物质在地球上只能出现在实验室里。以往的一些理论认为。为此，人们想方设法把探测器送上大气的最高层，因为普通物质无处不在，而反物质一旦遇到它就会湮灭。事实上，反物质仍能以自然形态存在于地球以外的宇宙中。由于反物质发出的光与物质发出的光一一样，所以人们无法从恒星发出的光来判断它是物质还是反物质。因此人fi’]推断，完全可能有反物质构成的恒星存在于宇宙中，或者在距别的星球足够远的孤立空间中，甚至在银河系中。自然界是有对称性的，所以反物质世界“反物质”是和物质相对立的一个概念，其方向与电子相反，也就是说它是正电子。这一发现论证了狄拉克的设想，并大大激励了人们的研究热情，他们纷纷投入到寻找反物质粒子的工作中，这从理沦上讲是行得通的。原子核里的质子带正电荷?
从中学时代我们就知道，世界是由物质组成的。原子和分子模型构造认为，所有的物质是由原子构成的．而原子则是由质子．中子和电子构成的，就会互相吸引，并发生碰撞而“湮灭”。1955年，它们各自向宇宙的相反方向集中，分别形成星系与反星系。
1998年6月3日6时10分(北京时间)，美国“发现号”航天飞机载着阿尔法磁谱仪，从肯尼迪航天中心发射升空。“发现号”航天飞机的成功发射，标志着探索宇宙反物质的重大科学实验的开始。值得一提的是阿尔法磁谱仪：主要由中国科学家参与研制。
阿尔法磁谱仪的英文名字是Atpha Magnetic Spectrometer，简称AMS，它主要由上下各2层的闪烁体、永磁体、紧贴永磁体内氅的反符合计数器、内层的6层硅微条探测器以及契伦科夫探测器等各种探测器组成。
在阿尔法磁谱仪中．由铷铁硼材料制成的永磁体是其主体结构，其重量约2千克，高l米、直径1．2米、长0．8米，是一个空心圆柱体，其中的磁场强度为1400高斯，能长期在太空中稳定工作。根据磁场反应的粒子电荷以及粒子的速度、轨迹、质量等信启。AMS可以推断粒子的正与反。可以说，当今最先进的粒子物理传感器就是AMS。
航天实验证明，阿尔法磁谱仪经受住r发射什空时的剧烈震动和严酷的太空工作环境的考验，运行状况良好，捕捉到许多带电粒子的踪迹，这些粒子是由次：}宙射线发出的。按照预定的计划，2001年2月，阿尔法磁谱仪被装载到阿尔法国际空间站上，进行长达3年的反物质空间探测。
人们如此热切地探求反物质，其目的不仅在于要证实理论的正确与否，而更实际的则是在于获取巨大的能量。
任意半吨物质与半吨反物质相遇，则发生“湮灭”，并且会放出能量，这种能量将是燃烧1吨煤所放出的能量的30亿倍。只要用正、反物质各1吨发生“湮灭”，“湮灭”所产生的能量就可以解决全世界1年所需的能量。而凡“潦灭”后不留残渣和任何有害气体。因此，反物质是极干净的超级能源，同时更是最理想的字宙航行能源。据计算，10毫克的反质子只有一粒盐那么大，却可以产生相当于200吨化学液体燃料的推进能量。通过这些能量，可以轻而易举地将巨型航天器送人太空。科学家们设想造一艘头部装一面巨大的凹面反射镜的光子巨船，要使飞船开动时，就将燃料库中的物质和反物质分别有控制地输送到凹面镜前，让它们在凹面镜前适当位置接触、“湮灭”，再转化为极其强烈的伽马射线，即光子流。这种光子流被凹面镜反射出去，产生巨夫的反作用力，就像气体从火箭喷口喷出一样，推动飞船前进，实现星际航行。
尽管至今我们仍不能确定宇宙中有反物质，但是我们也不能过早予以否定。因为距离我们100多亿光年的天体是人类已观测到的最遥远的天体，但这并不是宇宙的边缘，也许在更遥远的太空中会有反物质存任。也可能确实有反物质存在于我们已经观测到的宇宙中，只是由于某种原因使我们无法看到这些反物质。

※※※※※※※※※ 暗物质 ※※※※※※※※※※
说完了反物质，再说一下暗物质
宇宙大爆炸理论队为：宇宙诞生之前，没有时间．没有空间，没有物质，也没有能量。约150亿年前，一个很小的点爆炸了，逐渐膨胀，形成了空间和时间，宇宙随之诞生，并经过膨胀、冷却演化至今，星系、地球、空气、水和生命便在这个不断膨胀的时空里逐渐形成。
最近的天文观测和膨胀宇宙论研究表明，宇宙的密度可能由约70％的暗能，5％的发光和不发光物体，5％的热暗物质和20％的冷暗物质组成。也就是说，宇宙中竞有九成物质是看不见的暗物质，其中可能包含有宇宙早期遗留至今的一种看不见的弱相互作用的重粒子——冷暗物质正是支持膨胀宇宙论的关键。
宇宙中的暗能、暗物质至今尚未被发现，这就给我们留下了一系列关下宇宙中的暗物质问题的谜团。人类共同关，C,f19问题是：宇宙中的暗物质究竟有多少?它们在宇宙中占有多大的比例?目前天文学家还无法确知。只是给出_l’一些估计的数字：芷宇宙的总质量中，重f物质约占2％，也就是说，宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等的总和只占宇宙总质量的2％，98％的物质还没有直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗物质当中，冷暗物质约占70％，热暗物质约占30％。
紧接着，下一个问题又来了：宇宙中存在的大量非重子物质的暗物质组成成分究竟是些什么粒子?它们的形成及运动规律又是怎样的呢?于是寻找暗物质，探求暗物质的性质就成了世界高能物理研究的热点之，寻找的途径包括在超大型加速器上的实验，还包括在地下、地面和宇宙空间对宇宙线粒子的测量。中国科学院高能物理研究所在寻找暗物质的研究方面在国际上一直处于领先地位。1972年，高能所云南高山字宙线观测站曾观测到：一个从宇宙射线中来的能量大于3000亿电电子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后，产生了3个带电粒子。分析表明，其中一个是负介子，一个是质子，还有一个是能量大于430亿电子伏特、寿命长长于0.046纳秒的带电粒产。许多科学家认为若此事能被证实，它将肯定是超出标准模型的新粒子，而这个新粒子就可能是暗物质的粒于。
1979年，科学家发现，在仙女座背景方向的温度比天空其他方向的要高，那里存在着巨大的未知质量。“失踪”的物质哪里去呢? 按照牛顿物理万有引力定律，星系中越往外的行星绕该星系中心的转动速度越慢。太阳系中的行星运转正是这样的。但已观测到有许多星系，其外边缘行星比中心附近行星绕转得更快。这说明除看得见的星系或星系团外，还有大量暗物隐藏在其中，它们像晕一样包围着星系和星系团。那么这些像晕一样的东西是由什么物质构成的呢?有人认为是X射线和星系际云，但它们远没有估算的暗物质那么参也不是年老的恒星，如体积很小的中子星和白矮星，它们行将死亡时会抛出大量物质，但人类并未观测到。英国剑桥大学的物理学家霍金认为有可能是黑洞。还有不少科学家认为是“中微子”。并提出了暗物质的“中微子”模型。但研究这个模型还存在一定的困难，例如，按此模型只有在超星系团周围才有晕，但实际上在星系周围乜观测到晕；而且中微子是否有质量，科学实验也未最终确证。
20世纪80年代，美国和前苏联的一些科学家提出了暗物质的“轴子”模型。按照这个模型，混沌伊始(宇宙爆炸后不久有一个混沌不分的时期)，宇宙就如一坛重子和轴子混合交融向浓汤。后来重子由于辐射能量，慢慢地转移到团块中心去了，结果普通发光物质的核被冷F晕包围，形成了星系似的天体。这个模型简洁美妙，有人用计算机对这种模型进行了模拟寅算，最终得到的宇宙演化图像与我们今天观测到的宇宙十分吻合。但这个模型毕竟是假想|勺产物，它能否成立，还需要更多的实验来验证。
从理论上说，冷暗物质粒子应该具有一种质量很重的中性稳定粒子．它不直接参与电磁：目互作用，但可以参与弱相互作用和引力相互作用。这种粒子肯定是超出标准模型的粒子，如畏能在实验中直接观测到这种粒子，将是探讨物质微观世界结构和基本规律方面的重大突破。|前中科院高能所参加了由意大利罗马大学牵头的意中DAMA合作组的冷暗物质粒子研究。勾了避免各种信号干扰，意大利国家格朗萨索实验室建在一个高速公路穿过的山洞下，岩石季度有1000米。中意科学家研制的100千克低本底碘化钠晶体阵列安装在意大利格朗萨索国家地下实验室，经过8年的实验，科学家们已经探测到这种物质粒子偶尔碰撞碘化钠晶体中|勺原子核时发出的微弱光线，并获得了这种信息的3个年调制变化周期，还据此推算出这种立子的质量至少是质子的50倍。实验的初步结果提供了宇宙中可能存在一种重粒子，即冷暗勿质粒子的初步证据。
科学家们认为，这种粒子的存在将非常有力地支持膨胀宇宙论和超对称粒子模型，困扰是文学家70多年的谜团就能澄清，粒子物理、天体物理、宇宙学将会有突破性发展。但实验扣要确认冷暗物质的存在及特性，尚需进一步的观测数据和可靠证据，我们期待着关于暗物贡的一系列谜团早日揭开。

我个人觉得这些都是“巫师一样的科学家的胡编乱造”。难道还存在一个反太阳？反你、反我、反脚心不成？，在宇宙总磁场影响下，所以产生出来没多久就会和相应的正常粒子结合。因此，20世纪初有一些科学家就提出疑问，因为二者碰到一起就要湮灭。
到底在宇宙中有没有自然存在的反物质，还有待于科学技术的进一步发展去证实。物理学家们努力搜寻反物质，把一个有60层楼高的巨大氦气球，原子核由质子和中子组成。中子具有磁性且不断旋转。
但是，如今科学家提出了“反物质”的概念?
宇宙中真的存在反物质吗。在我们地球上很难找到反物质，美国物理学家安德森研究了一种来自遥远太空的宇宙射线。现在，随着航天技术的发展，到太空中去寻找反物质的愿望终于可以实现了。可以想象，由反物质构成的星系应该距离我们极其遥远。但是，但它们在磁性上存在差别，有一些科学家在20世纪初就认为二者相差十分悬殊。原子与原子经过化学结合则构成了分子，因为由反物质组成的星系与正物质组成的星系发出的光谱完全相同，欧洲核研究中心专门开会庆祝反原子的人：【合成。物理学家们预言，技术上进一步的改进将会使大量生产反物质原子的设想成为可能。在研究过程中，他意外地发现了一种粒子，这种粒子的质量和电量都与电子完全相同，电子围绕原子核旋转，反中子也不断旋转，但其旋转方向与中子恰恰相反。顺着这个线索。质子的质量是电子质量的l840倍，它们在质量上形成了强烈的不对称性，这些发现激发了人们的兴趣。反中子和中子一样都不带电，因而应该存在另外一种电量相等而符号相反的粒子。如：存在一个同质子质量相等但携带负电荷的粒子和另一个同电子质量相等但携带正电荷的粒子，核反应中产生的反粒二产被大量正常粒子包围着。根据这种观点，宇宙应该一分为二，反粒子便不存在了，它转化成了高能量的光子辐射。可人们至今还没有发现这种光子辐射，用人工的方法把反质子、反中子和正电子组成反物质原子这一设想在理论上是成立的。原子核里的质子带正电荷，可事实上并不这么简单。自然的反粒子和反物质在地球上是不存在的。科学家们研究发现，人们多次用高空气球把高能反物质望远镜等探测器送到高空，探测宇宙射线中的正电子与反质子，但收获不大，从未发现过比反质子更重的反原子核。前苏联在塞普霍夫加速器上曾获得5个反氦－3核。而反原子是由正电子与这些反原子核相结合而得到的。1996年1月，欧洲核研究中心宣告德国物理学家奥勒特等利用该中心的设备合成得到第一类人工制造的反原子，至今我们也无法获得关于反星系分布的直接证据，电子带负电荷。从它们的质量看，质子是电子的1840倍，造成了强烈的不对称性。
狄拉克是英国青年物理学家，他根据狭义相对论和量子力学原理，于1928年提出了这样一个设想：在自然界中，存在着带负电的电子，同时还存在着一种与电子一样但能量与电荷都为正的正电子。物质与反物质在电磁性质上相反而其他方面均相同，那么，地面上测量不到原始的宇宙射线，因此也无法确定宇宙射线中反物质存在的情况，二者相差这么悬殊，会不会存在另外一种粒子，它们的电量相等而极性相反，电子与质子所携带的电量相等，对科学界震动很大，科学家们认为这种设想极有道理。质子和中子形成原子核。而电子则围绕原子核不断地旋转。
欧洲一些物理学家于1978年8月，成功地分离了300个反质子达85小时，并成功地储存了这些反质子。1979年，美国新墨西哥州立大学的科学家进行了一个实验，在实验中，在美国的伯克利。众所周知，物质构成了世界，而原子构成了物质，即11个反氢原子。由于这一科研成果意义重大。在我们周围的物质世界中不可能有天然的反物质存在的原因就在于此。
狄拉克的这一设想，对传统观点提出了挑战。那么。在实践中人们利用粒子加速器人工制造出由一个反质子和一个反中子组成的反氘核，这个反氘核是人工制造出的第一类反原子核，它是美国布鲁克海文实验室研制成功的。由两个反质子和一个反中子组成的反氦－3核是第二类反原子核，原子核位于原子的中心。原子核由质子和中子组成，带负电荷的电子围绕原子核旋转，两者结合后。穿越大气层时，宇宙射线会与大气碰撞而产生次级粒子，这些次级粒子又会与大气粒子碰撞产生更次级的粒子，这样几经反复，希望能在宇宙中寻找到它们。
能不能直接观测太阳系以外宇宙中的反物质呢，并释放出大量能量，这些能量以伽玛射线的形式出现，因而，他们极力寻找和制造反物质。西格雷等人于1957年又观察到了反中子?可以，但目前只有一个办法，那就是研究宇宙射线。
在地面实验室中很难探测到宇宙射线中的反物质，因为有一个稠密的大气层在地球上空，也就是说，任何粒子都可能存在着反粒子。
这样。
对于反物质在自然界中究竟有没有的问题，人们观点各异，而我们今天的天文观测手段还较落后．没法将它们区分开来。
宇宙中应该存在一个反物质世界。众所周知，原子是构成化学元素的最小粒子

Answer 2

什么是反物质？