近代物理学论文

反物质

聂国权

1006102116 能源学院

摘要：反物质是一种假想的物质形式，在粒子物理学中反物质是反粒子的延伸，反物质是由

反粒子构成的，如同普通物质是由普通粒子组成一样，它是大自然普通物质的镜像，它与反

物质结合，如同普通粒子和反粒子结合一样，会发生湮灭，并且释放大量能量。反粒子最初

是由1928年英国青年物理学家狄拉克理论上证明的，而后1932年由安德森在实验室中证实

了正电子的存在，随后发现了负质子和反中子，到了现在，12种基本粒子的反粒子已经全

部被发现，因而由反粒子组成的反物质也越来越多的被人们所了解。

关键字：反物质；反粒子；能量；大爆炸；湮灭；反宇宙；加速器；黑洞

1.反物质的发展史

其实早在1898年，就有科学家提出过反物质的概念，由于当时科技水平的限制，反粒子、反物质的研究以流产而告终，进入20世纪，爱因斯坦在广义相对论上也提到过反物质的概念，他说：对于一个质量为m的物质，一定存在一个质量为为m，带的电荷量为-e的物质（即反物质），1928年物理学家狄拉克注意到，在相对论方程和量子电动力学的方程中，质量都是成平方出现的，那就是说m2=(m)(m)=(-m)(-m)[相对论：W2/C2-PR2-m2C2=0和量子力学理论：[W2/C2-PR2-m2C2] Ψ=0 ]，那么这个负质量是什么意思呢？于是反物质就被狄拉克这样轻松地从理论上推导出来了，并因此获得1932年的物理学奖金，到了20世纪60年代，许多基本粒子的反粒子都被发现了。

2.反物质与黑洞

大自然万物，有雌雄，有阴阳，有正反，有对错，古代也有五行八卦阴阳对称，小时候我们学习了正数，负数，实数，虚数，还知道了白天黑夜，在我们所熟悉的环境中，似乎与很多对称，当我们照镜子的时候，镜子里面是我们的虚像，这似乎可以延伸到正反物质和粒子了，此外，科学家也想象很远的地方有和我们很像的一个世界，它是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的世界。根据大爆炸理论，爆炸形成的反物质和物质应该是对称的，而现在我们知道宇宙中的物质和反物质是不对称的，否则就会发生湮灭，也就不会有你我和这个熟知的大自然，那么与我们与轴对称的反物质哪里去了呢？现在还正在探索。

3.反物质与黑洞

茫茫宇宙中，随着科学的发展，我们知道了宇宙中还存在看不见的黑洞，黑洞是科学家通过万有引力计算出来的，但尽管如此，我们并不知道黑洞是什么样子，对于光速都难逃脱黑洞的吸引，我们实在无法直接观测黑洞，由于近几年科学家对反粒子，反物质的研究，我们似乎可以把反物质通道和黑洞结合起来，根

据广义相对论和引力场的方程，宇宙中的黑洞是连接两个分离时空区的隧道，如果反物质世界处于另一时空，那么黑洞就可能是反物质世界的通道，或者说黑洞里面就是一个反物质世界，只是有的时候黑洞里面的很少粒子脱离束缚跑到黑洞外面我们熟知的宇宙，被我们捕捉到罢了，这么说来，似乎还存在一个反宇宙。

4.关于宇宙中反物质天体的存在性

粒子实验证明了正反粒子的强作用力和电磁作用性质是完全一样的，因此反质子和反中子也能结合形成反原子核，反核和反电子结合在一起就能组成反原子，我们正世界有多种原子，相应的反世界应该有多种反原子，而且它们在结构上应该完全没有区别，这样一来，大量反原子可以构成恒星和星系，如果宇宙正反粒子是等量的，，那么反物质和反星系就应该存在，然而天上真的有反恒星和反星系么？前面说过，可能黑洞里面就是反物质，因而观测有反物质构成反恒星和反星系一样，不可直接观测，现在最先进的望远镜，也只是接收远处天体所发出的光子和射线，理论上说，正物质天体辐射光子，反物质天体应该辐射反光子，但是光子是中性的，可知道正光子和反光字其实是同种粒子，因此，我们无法区分所观测的天体是正物质还是反物质组成的。也就是说就算存在反物质，我们怎么去观测啊。也不好证实。

5.正反物质的不对称疑难

大多数理论家看来，宇宙物质中大尺度的分离是不可能的发生的，因此，三千万光年的范围内没有反物质形成的天体，这就是说宇宙中大块的的反物质天体是不存在的，但科学家还是相信在早期宇宙中正反物质应该是等量的，这样一来，需要做的就是寻找物理机理来说明宇宙如何才可以从正反物质等量的状态过渡到以此物体为主的状态，这也是有待解决的。

6.反物质特性

大家熟知的世界上最大的科研机构，瑞士的欧洲原子核研究中心近期首次研究出几滴反物质，在外观上，和普通物质没有差别，不同的是组成的粒子是反粒子组成的，反物质是人类所能知道的威力最大的能量源，它可以百分百释放能量，反物质不会造成污染，也不会产生辐射，一小滴反物质可以供整个纽约全天的能量，反物质是很不稳定的，它可以把接触到的任何物质化为灰烬，连空气也不例外，仅仅一克反物质就可以相当于20千吨的当量的