物质与反物质 反物质属于物质吗

NASA 探测器发现地球大气雷暴中爆发的反物质现象

反物质与普通物质在本质上相似，只是其带有相反的电荷。例如，带负电的电子拥有名为正电子的反物质对应物。正电子与电子质量相等但带有正电荷。

对于那些没有电荷的粒子，如中子，它们通常就是它们自己的反物质伙伴。关于神秘的中性中微子是否也具有其反粒子尚待科学家们确认。

尽管反物质听起来像科幻小说的情节，但它却是真实的存在。它在宇宙大后与物质一同诞生。尽管如此，在当今的宇宙中，反物质的发现仍然非常罕见，科学家们也不清楚原因。

那么，反物质又在哪里出现？又是如何被制造的呢？

大型粒子加速器如位于日内瓦郊外、由欧洲核研究（CERN）运营的大型强子对撞机等设备，人类通过超高速碰撞创造了反物质粒子。欧洲核子研究中心已经成功制造了反氢元素，即氢元素的反物质形态。迄今为止创造出的最复杂的反物质元素是反氦元素。

宇宙中也会自然产生一些反粒子。当物质与反物质相遇时，它们会相互湮灭并释放出能量，这意味着在以物质为主的宇宙中，反物质无法长时间存在。

反物质也与宇宙起源之谜紧密相连。在大后的初期，只有能量存在。随着宇宙的冷却和扩张，物质和反物质的粒子开始出现。科学家们对粒子和反粒子的特性进行了精确测量，发现它们的行为是相同的。如果反物质与物质的数量相等且行为相同，那么在宇宙初期，所有的物质和反物质在接触时应该会相互湮灭并消失。

为何物质能够支配反物质依然是一个待解之谜。

有一种理论认为，在宇宙的起始阶段，产生的物质比反物质多，因此即使它们相互湮灭后，仍留下了足够的物质来形成恒星、星系，并最终形成了地球上的所有事物。这个差异极其微小。据报道，只有不到十亿分之一的普通粒子能够幸存下来并继续形成我们周围的所有物质。

如果中微子——一种几乎不与其他物质相互作用的微小且幽灵般的粒子——实际上就是它自己的反粒子，这可能是解开这个谜团的关键。在这个理论中，一小部分中微子在宇宙初期从反物质转变为物质，这可能导致了轻微的物质不平衡。

预测与荣誉

英国物理学家保罗·狄拉克在 1928 年预测了反物质的存在，并试图将量子力学与爱因斯坦的相对论相结合。他正在寻找一个描述电子以接近光速运动的方程的解。这个方程就像数学中的双解一样，一个用于具有正能量的电子，另一个用于具有负能量的电子。

起初，狄拉克对公开这一发现有所犹豫，但最终他接受了这一发现并提出了一个观点：宇宙中的每个粒子都应该有一个与其行为相似但带有相反电荷的反粒子。

由于他们在这一领域的杰出贡献，保罗·狄拉克和安德森分别于 1933 年和 1936 年获得了物理学奖。

反物质宇宙飞船的可能性

由于将物质与反物质结合会产生能量，工程师们认为利用反物质的航天器可能是探索宇宙的一种有效方式。

宇航局研究了使用反物质驱动器将探测器送往火星的可能性。这种想法面临着巨大的挑战和成本问题。

例如，使用当前技术生产足够数量的正电子来支持一次火星任务的成本估计高达 2.5 亿美元。尽管将某些物体送入轨道的成本很高，但利用物质与反物质的碰撞能量来探索最近的恒星系统如 Alpha Centauri 仍是一个引人注目的设想。

这种能量可以使飞船加速到光速的 10%，然后使其减速到足够探索半人马座阿尔法星的状态，这可能需要几十年的时间。