反物质形成的科学原理是什么?

如题所述

反物质是一种极其神秘的物质,它们与普通物质一起构成了整个宇宙。但长期以来,反物质究竟是如何产生的一直是一个未解之谜。德国的科学家近日称,他们目前已经找到答案:反物质是由中子星和黑洞撕裂恒星产生的。 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,如同普通物质是由普通粒子所构成的。例如一颗反电子和一颗反质子(正电子)能形成一个反氢原子,如同电子和质子形成一般物质的氢原子。 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,且因而释放出高能光子或伽玛射线。根据爱因斯坦著名的质能关系式--E=mc2告诉我们,质量泯灭,产生能量。正反物质湮灭时质量几乎损失殆尽,产生的能量比重核裂变和轻核聚变产生的少许质量差异大得多,爆发的能量也大得多,会将100%质量转化成能量,而利用聚变反应的氢弹则大约只有7%的质能转换。 1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子(也称反电子)的存在。随后又发现了负质子(也称反质子)和自旋方向相反的反中子。根据科学家的设想,反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。反物质倘若能制造出来的话,也需要用磁场或重力场等某种特殊手段约束在真空环境里 反物质无法在自然界找到,除非是在稍纵即逝的少量存在(例如因放射衰变或宇宙射线等现象)。这是由于反物质若非存在于像物理实验室的人工环境下,则无可避免地随即与自然界的物质发生碰触并湮灭。尽管在人们已经在实验室中制造出了为数众多的反原子,然而目前在自然界中尚没有发现反物质。反粒子(例如反氢)可以人工制造出极少量,但却不足以达到可对这些物质验证其理论性的程度。反物质倘若能制造出来的话,也需要用磁场或重力场等某种特殊手段约束在真空环境里。理论上宇宙大爆炸时所产生的粒子与反粒子应该数量相同,但是为什么现今所遗留下来的绝大多数都是正粒子,这即重要的物理猜想--“正反物质对称性破坏”(对称破缺)。 一种在科学界受到普遍认同的理论认为,宇宙大爆炸早期曾产生了数量相当的物质和反物质,随后发生的物质和反物质的湮灭消耗掉了绝大部分的正、反物质,遗留下的少部分正物质构成(正粒子与反粒子的衰变略有不同)了现如今空旷辽阔的宇宙。

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第1个回答  2018-01-09

宇宙大爆炸以后释放出巨大的能量,这能量就是物质,也就是粒子,有正粒子和反粒子,他们相撞后相互泯灭,然而量子理论的不确定性原理说明宇宙中没有完美这回事,所以C(正反粒子对换)P(取镜像)T(取时间反演也就是颠倒运动方向)联合对称成立,而微观尺度CP联合对称不成立,也就是T对称失效,使得反粒子可以在高能环境下变成正粒子,也允许相反的过程,然而物理定律对正粒子和反粒子不是完全相同的,所以正反粒子泯灭后残留下来少部分的粒子,我们甚至永远不可能搞清楚残留下来的是正粒子还是反粒子(如果残留下来的是反粒子,我们颠倒叫法就行了,这只是人为的名称),这些残留下来的正粒子也就是正的具有正能量的物质形成了星系和我们自身,在非人为干涉下只有宇宙之初存在反物质(黑洞例外)。

第2个回答  2018-01-09

1986年首次发现反物质,由于极少量的物质同它的反物质相互作用,能够释放出极大的能量。可用作热核爆炸的扳机,或者激励出极强的X射线或γ射线激光,反物质研究成为目前各国研究的重点。它是目前核武器中最强、最重要的一种。美国费米国立加速器研究所,法国和瑞士合建的欧洲研究中心,俄罗斯高能物理研究所都在做此研究。中国的反物质研究所始于80年代初,由世界著名的核物理学家、反物质发现者赵中尧担任技术顾问,因此西方称他为“中国反物质武器之父”。关于这方面的公开资料几近于无,其高度保密性正反映了其极端重要性,只能通过正负电子对撞机的零碎进展作为这种武器进展的参考。