反物质和暗物质

反物质和暗物质
【反物质】众所周知，世界由物质组成。

人类已知的物质是正物质，由原子组成。

原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。

与此相反，反物质由带负电的质子和带正电的电子组成。

迄今为止，人们还没有在现实中找到反物质的存在有力证据。

它会不会“藏身”于遥远的太空呢？这是目前粒子物理学家和天体物理学家关注的焦点之一。

【暗物质】是宇宙中看不见的物质，也就是说没有发出可见光或其他电磁波，用天文望远镜观测不到。

不过，暗物质同样产生万有引力，对可见物质产生作用。

暗物质是科学家们苦苦寻找的另一个目标。

现在人类所看到的天体，要么发光，如太阳；要么反光，如月亮。

有迹象表明，宇宙中还有大量人们看不见的物质存在。

科学家推算，根据现有的假说和观察，科学家估计暗物质质量占宇宙总质量的９０％以上。

宇宙大爆炸假说
【由来】
根据大爆炸假说，我们所在的宇宙是在约１４０亿年前由一个非常小的点爆炸而形成，宇宙产生物质的同时，也产生了反物质。

两者数量大体相当，其中“物质”多了一点点。

尽管目前物质的存在显而易见，但反物质存在的证据仅有实验室观测到的稍纵即逝的极微量反粒子。

科学家认为，反物质无法在地球环境中存在，因为一旦遇到地球上的物质，二者将湮灭，不过反物质在太空中可能存在。

【阿尔法磁谱仪（ＡＭＳ）】主要本领基于其强大而特殊的磁场。

带电粒子进入磁场后轨迹会发生变化，不同带电粒子的轨迹变化也不同，而不带电的粒子的轨迹则不会发生变化，因而观测粒子进入这一磁场后轨迹是否变化，变化程度有什么不同，就可以推知这是何种粒子。

与天文望远镜观测物质发出的可见光和电磁波不同，磁谱仪直接观测粒子本身。

因而，磁谱仪能够发现天文望远镜无法发现的暗物质和反物质。

【“阿尔法磁谱仪（ＡＭＳ）”实验】是以在空间寻找反物质和暗物质为使命的大型国际合作科学实验项目。

“阿尔法磁谱仪”实验上世纪９０年代启动，它由诺贝尔物理学奖得主、华裔美国科学家丁肇中教授领导，美、中、法等１６个国家和地区的数百名研究人员参与其中。

这一项目被认为是继人类基因组计划、国际空间站计划、强子对撞机计划后的又一个大型国际科技合作项目。

“阿尔法磁谱仪１（ＡＭＳ－０１）”——是人类送入宇宙空间的第一个大型磁谱仪。

１９９８年６月由美国“发现号”航天飞机搭载，在距离地球表面约４００公里的高空成功进行了为期１
０天的首次太空试验飞行。

受美国“哥伦比亚”号航天飞机失事影响，ＡＭＳ实验几度受挫。

此后，科学家开始研制ＡＭＳ–０２。

“阿尔法磁谱仪２（ＡＭＳ–０２）”——于２０１１年５月１６日由美国“奋进号”航天飞机搭载到国际空间站上长期运行。

“ＡＭＳ－０２有强大的接收度，很高的粒子识别能力和能量测量水平。

中国是ＡＭＳ实验参加国之一。

中科院电工研究所、中科院高能物理研究所、中国运载火箭技术研究院等单位最早参与了这项国际合作，并成功研制出其核心部分——永磁体系统。

科学家曾尝试用超导磁体代替永磁体。

尽管这种方法可以产生更强的磁场，但超导磁体需要液氦冷却，太空中无法补充液氦，这样磁谱仪寿命只有３年。

而使用永磁体的磁谱仪的使用寿命长达１８年至２０年，所以专家们决定沿用永磁体。

此外，ＡＭＳ－０２在ＡＭＳ－０１的基础上增加了若干新的子探测器。

其中，中科院高能物理研究所与中国航天科技集团公司的科学家和意大利、法国科学家共同研制出作为探测器关键部分的电磁量能器。

据悉，ＡＭＳ－０２的数据正源源不断地由中继卫星从太空站下载到新墨西哥州白沙基地，随即传输到欧洲核子研究中心。

电子和γ是寻找暗物质的关键探针。

安装于ＡＭＳ－０２上的电磁量能器由高能所和中国运载火箭技术研究院与法国、意大利专家联合研制而成。

此外，中国科学家对这些宇宙线事例进行了鉴别，利用磁谱仪测的动量给出了质子、氦、锂、铍、硼和电子的初步能谱。

神秘的暗物质和反物质
反物质和暗物质很令科学家头痛——从理论上讲，它们应当存在，但现实中又苦于找不到它们存在的真凭实据。

为求突破，在诺贝尔奖获得者、美籍华人科学家丁肇中的领导下，16个国家的研究人员开始了寻找这两种神秘物质的征程。

我们已知的物质是正物质，它由原子组成，原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。

与此相反，由带负电的质子和带正电的电子组成的物质就是反物质。

正物质和反物质相遇会产生爆炸，释放出大量能量。

根据目前的大爆炸假说，我们的宇宙是在约140亿年前由一个非常小的点爆炸而成。

大爆炸时，宇宙在产生正物质的同时，也产生了反物质。

两者数量大体相当，正物质多了一点点。

为什么我们现在找不到反物质呢？科学家推测，一种可能性是反物质存在于宇宙的另外一部分。

那里的一切是由反物质组成的，由于反物质发射出的可见光和其他电磁波与正物质发出的没有什么区别，因此即使我们用天文望远镜看到它们，也无法断定它们是反物质。

另一种可能性是，宇宙诞生之初，正物质和反物质相遇相互毁灭后，多出的那一点点正物质构成了我们的星系、恒星、行星和包括人类在内的各种生物，我们找不到反物质的原因是反物质都消失了。

暗物质是宇宙中看不见的物质，也就是说它们没有发出可见光和其他电磁波，因而用天文望远镜看不到它们。

但暗物质能够产生万有引力，对可见的物质产生作用。

根据现有的假说和观察，科学家估计暗物质占宇宙所有物质总量的90％以上。

暗物质到底是什么？是否包含反物质？它在宇宙间的分布情况如何？这些都需要我们去探索。

宇宙中十大神秘物质~~~反物质，暗物质
1.微型黑洞
如果关于引力的激进新理论——膜内宇宙——是正确的话，那么在我们的太阳系里面就分布着上千个微型黑洞，每一个也就是原子核的大小。

和那些大型的黑洞不同，这些微型黑洞是宇宙大爆炸时期留下的，并且由于与第五维度的关系而不同程度的影响着时空。

2.反物质
就好像超人的另一面Bizzaro(蓝色的那个)一样，组成普通物质的例子也有对应的相反版本。

对于一个带有负电荷的电子而言，其对应的反物质是一个带有正电荷的正电子。

物质和反物质相遇的时候会泯灭，他们的质量会遵循爱因斯坦的定律转换为纯粹的能量。

一些未来的太空船方案，就是设计有反物质引擎。

3.宇宙微波背景辐射
宇宙微波背景辐射其实是大爆炸遗留下的产物，最初发现这一辐射是在1960年代，当时听起来好像空间里的每个地方都有无线噪音。

宇宙微波背景辐射被认为是大爆炸存在的证据。

最新的精确测量结果是，宇宙微波背景辐射的温度是-270摄氏度。

4.暗物质
有些科学家认为宇宙的大部分都是由暗物质组成，只不过现有的科技手段还无法直接检测到暗物质。

暗物质有可能是轻量级的微中子，也有可能是看不见的黑洞。

另外一些科学家则质疑暗物质的真实性，并且建议解决这一问题需要对引力有更好的理解才行。

5.系外行星
直到1990年代初，我们唯一知道的行星就是太阳系里面的这几个。

而到现在，天文学家们已经发现了超过190颗系外行星。

从体积巨大但是质量非常小的气体星球，到小小的围绕着红矮星的“石块”。

对于另一个地球的寻找，到目前还是一无所获。

天文学家普遍相信，随着技术的进步一定可以找到和地球相似的世界。

6.引力波
爱因斯坦在其广义相对论中提出，引力波就是时空结构的扭曲。

引力波以光速传播。

但是其强度很弱，科学家预计只能在大型宇宙事件发生的时候才能捕捉到，例如黑洞合并等等。

Ligo和Lisa 两个探测器就是专门用来捕捉这种引力波的。

7.星系吞噬
就像地球上的生物一样，星系之间也会相互的“吞噬”。

银河系和自己的邻居仙女星系，几百万年以来一直相互吸引，如果这一过程持续进行的话，科学家预计大约30亿年之后，银河系会被仙女系吞噬。

下面的图片就是这一过程的想象。

8.微中子
微中子是电荷中性，没有质量的基本粒子。

微中子不会被其他物质吸收,也不会被其他东西反射，可以畅通无阻的穿过任何物质。

或许你看这篇文章的时候，就有几个微中子穿过了你的大脑。

这种“幽灵”一般的粒子，实在燃烧的火焰中产生的，例如即将死亡的星球变为超新星的爆炸之中。

微中子的探测器被放在地下、海底甚至冰川当中。

9.类星体
这个明亮的“烟火”景象，来自可见宇宙的边缘，让科学家进一步了解了我们宇宙混乱的幼年。

类星体发出的能量比数百个星系的总和还多，通常认为这些类星体是遥远星系中间的巨大黑洞。

这个图片是1979年拍摄的类星体 3C 273。

10.真空能量
量子物理告诉我们，和表面空空相反的是，所谓的真空当中其实充满了不断泯灭的亚原子粒子。

根据相对论，转瞬即逝粒子在每立方厘米的空间中都贡献出能量，产生反引力的能量把空间彼此推隔开。

虽然，没有人知道究竟是什么引起了宇宙不断加速的膨胀。

暗物质和普通的可见物质的物理特性是差不多的，特别有些类似于放射线物质，同样会产生引力效应，但是它却既不发光也不反光，所以是不可见的，又广泛分布在星系的中心区域，象面包糊一样帮助核心物质抓住所有围绕它旋转的其他天体。

因为如银河系中心区域的行星围绕银核旋转并不比外界的又比如说我们的太阳系快多少，可见暗物质是起着凝聚普通物质的作用的，但是它不会象黑洞那样对普通物质起吞噬粉碎作用，并且是整个宇宙普通物质的五倍多一点，可见暗物质为普通物质的凝聚而产生星系起到了很关键的作用。

暗能量则在宇宙空间里无所不在，增加推动宇宙膨胀，所以李政道认为暗能量有些类似于核能，介于这种情况，我觉得暗物质衰减释放出来的能量也就是暗能量。

这和核裂变放出能量是一个道理。

当然暗能量也可能和所有具有引力的物质有关，也就还包括普通物质和额外维的引力辐射产生暗能量。

反物质是由反粒子构成的物质，含有负能量，对于我们这个正物质宇宙，可以称反物质为镜像物质，所以和我们正物质相遇会湮灭发生爆炸。

可见暗能量是完全属于我们这个宇宙的，也可以和我们宇宙中的任何一种物质共存，但是反物质却不能和我们和平相处。

不过以上的暗物质和暗能量还是个谜，只能依靠推测，随着科技的发展，终将会解开的。

暗物质的存在我认为是部分符合我们的物理定律，因为我们建立起来的物理定律还并不是对宇宙中任何物质都可以完全通用的，还有待于继续不断地完善。

暗物质是暂时科学家利用已有手段无法直接观测的物质，
最早出自科学家对星系的研究提出的，宇宙中的星系有成亿的恒星系统组成，当星系自转时，理论上边缘的恒星系统会因为星系自转速度过高而甩离星系，因为以观测到的物质质量不能提供足够的引力牵引他们！但事实上，观测可知，星系是呈现刚体的状态自转的，也就是说还有些我们“看不到”的物质维持着星系的完整，科学家就称他们暗物质，理论计算暗物质占宇宙质量80％！
而反物质是和对应的物质质量一样，却带相反电荷的物质，如正电子和电子，当物质与反物质相遇就会湮灭，产生能量以高能伽马射线散到外界
反物质怎么提取啊？他真的存在么？对太空的物理学观察真的能佐证反物质或暗物质的存在么？反物质能和我们的现存物质产生湮灭么？现在实验进展到什么程度了？那反物质的原子核能裂变么？他会制造出反原子弹和反氢弹么？也会有反粒子回旋加速器么？
反物质是确定存在的。

已经在宇宙射线里找到了多种粒子的反粒子，也可以在实验室里利用多种高能作用制造。

但是有没有反物质原子，反物质星球，反物质星系的存在，还没有定论。

首先，人们发现了反电子（正电子），后来又发现了反中子和反质子。

后来，人们猜想所有的物质都有其对应的反物质，并且迄今这个猜想都不断得到证实。

根据70年代发现的宇称不守恒（和杨振宁李政道的研究有关），反物质的性质并不是和正物质完全相反的，有着略微的不同。

其实，反物质就是和正常物质有完全相反的电荷和基本完全相同的质量，还有其他一些性质都是对称的物质。

最早的反电子其实是从太阳辐射里面找到的。

反物质现在看，最重要的性质就是湮灭。

它们可以和等量的正物质可以湮灭完全变成能量形式（注意，它们都具有正的质量，质量亏损形成能量释放）。

其实，根据相对论和量子力学的很多结合理论，反物质是可以直接推导出来的。

自然状况下存在的反物质很少，因为它们一旦和正物质相遇，就会湮灭消失。

但是，只要不让它们遇到正物质就可以了。

太阳辐射就含有很多正电子，他们在没来得及与电子湮灭前，可以传播很远。

现在，有很多方法生成反物质，最常用的是对撞。

维持反物质存在的方法主要是真空回旋，就是在超真空空间里面，利用磁场让带电的反物质粒子回旋起来，防止其撞击到正物质构成的壁上。

反物质的原子核，现在看，是可以裂变的。

可是在正物质构成的世界里，没必要造反原子弹和反氢弹，原子弹和氢弹的质量亏损才多少呀。

一块几千克的反物质往地上一扔，喜马拉雅山都炸成海沟了。

反过来讲，现有的条件，想要生成几千克反物质，所需要消耗的能量远远超过几万个原子弹吧。

在利用反粒子进行科学研究的时候，经常需要给反粒子加速。

是有反粒子回旋加速器的，还有针对反粒子设计的各种加速器。

反正只要控制好它们不要让它们撞击正的物质，在超高真空环境下，是可以维持一段时间，并且拿它们来进行实验的。

暗物质是截然不同的概念。

它并不是指某种确定的粒子或构成，而是指宇宙中不发出或者反射电磁波，导致我们无法观测到它们，但是具有引力效应的所有物质。

比如不发光的星云气体，中微子等等。

它们对引力作用有贡献，在研究宇宙膨胀问题上非常重要。