科百科
当前位置: 首页 范文大全

反物质在宇宙中存在吗(宇宙中真的存在反物质吗)

时间:2023-05-23 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 范文大全

狄拉克的这一设想,对科学界震动很大,科学家们认为这种设想极有道理,因此,他们极力寻找和制造反物质。根据这种观点,宇宙应该一分为二,由正物质和反物质两部分组成。事实上,反物质仍能以自然形态存在于地球以外的宇宙中。值得一提的是,阿尔法磁谱仪只要由中国科学家参与研制。航天实验证明,阿尔法磁谱仪经受住了发射升空时的剧烈震动和严酷的太空工作环境的考验

从中学时代我们就知道,世界是由物质组成的。但是,如今科学家提出了“反物质”的概念,对传统观点提出了挑战。

那么,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。众所周知,物质构成了世界,而原子构成了物质,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。原子核里是质子带正电荷,电子与质子所携带的电量相等,但一正一负。

质子的质量是电子质量的1840倍,它们在质量上形成了强烈的不对称性,这引起了科学家的关注。

因此,有一些科学家在20世纪初就认为二者相差悬殊,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,。

这就是“反物质”概念最初的观点。

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。这种电子可以称为电子的“反粒子”。

狄拉克认为,物质与反物质一旦相遇,就会互相吸引,并发生碰撞而“湮灭”,各自的质量也消失了,并释放出大量能量,这些能量以伽玛射线的形式出现。

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,对科学界震动很大,科学家们认为这种设想极有道理,因此,他们极力寻找和制造反物质。

1932年,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。

在研究的过程中,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,唯一不同的就是在磁场弯曲时,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。

1955年,在美国的伯克利,钱柏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,在1957年又观察到了反中子。

欧洲一些物理学家在1978年8月,成功的分离了300个反质子达85小时,并成功的储存了这些反质子。

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,把一个有60层楼高的氦气球,放到高空,气球在离地面30千米的高度上飞行了8个小时,捕获了28个反质子。

关于反质子的发现层出不穷,这些发现激发了人们的兴趣。

反中子和中子一样都不带电,但它们在磁性上存在差别。中子具有磁性且不断旋转,反中子也不断旋转,但旋转方向与中子恰恰相反。

顺着这个线索,物理学家们继续寻找下去,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,这些基本粒子都是正反成对存在的,也就是说,任何粒子都有可能存在着反粒子。

这样的话,用人工方法把反质子、反中子和正电子组成的反物质原子这一设想在理论上是成立的。

在实践中,人们利用粒子加速器,人工制造出一个反质子和一个反中子组成的反氘(dāo)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核是第二类原子核。

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,即11个反氢原子。

由于这一科研成果意义重大,欧洲核研究中心专门开会庆祝反原子的人工合成。

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。

对于反物质在自然界中究竟有没有的问题,人们观点各异。

以往的一些理论认为,在宇宙中,正物质和反物质是对称的、同样多的。虽然,反物质在地球上只能出现在实验室里,且时间短暂,但是在茫茫宇宙中的某些部分,却有可能存在一些星系,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,而正物质却很少在那些星体上存在。

物质和反物质在电磁性质上相反,而其他方面均相同,那么,在宇宙总磁场影响下,它们各自向宇宙的相反方向集中,分别形成星系和反星系。

根据这种观点,宇宙应该一分为二,由正物质和反物质两部分组成。

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,至今我们也无法获得关于反星系分布的直接证据,因为由反物质组成的星系与正物质形成的星系发出的光谱完全相同,而我们今天的天文观测手段还较落后,没法讲它们区分开来。

宇宙中应该存在一个反物质世界,这从理论上讲是行得通的,可事实上并不是这么简单。

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,核反应中产生的反粒子和反物质被大量正常粒子包围着,所以产生出来没多久,就会和相应的正常粒子结合,两者结合后,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。

在我们地球上很难找到反物质,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,因此人们推断,完全可能有反物质形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,其中必然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,物质和反物质不可能同处在一个星体中,因为二者碰到一起就要湮灭。

到底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。物理学家努力搜寻反物质,希望能在宇宙中寻找它们。

能不能直接观测太阳系以外宇宙中的反物质呢 ?

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的上空,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,地面上测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。

为此,人们想方设法把探测器送上大气的最高层,并一直希望能够将探测器送上太空。

过去,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和反质子,但收获不大,从未发现比反质子更重的反原子核。

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。

1998年6月3日6时10分,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,阿尔法磁谱仪只要由中国科学家参与研制。

阿尔法磁谱仪的英文名字是Alpha Magnetic Spectrometer,简称AMS,它主要是由上下各两层的闪烁体、永磁体、紧贴永磁体内壁的反符合计数器,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1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、质量等信息,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了发射升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,捕捉到了许多带电粒子的踪迹,这些粒子是由此宇宙射线发出的。

按照规定的计划,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。

人们如此热切的地探求反物质,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,这种能量将是一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,而且“湮灭”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,同时更是最理想的宇宙航行能源。

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入太空。

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玛射线,即光子流。

这种光子流被凹面镜反射出去,产生巨大的反作用力,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是否有反物质,但我们也不能过着予以否定。

因为,距离我们100多亿光年的天体是人类已观测到的最远天体,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在,也可能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。

    推荐阅读
  • 2021无锡江溪街道第二社区免费两癌筛查时间+地点+项目

    检查项目一、乳腺癌检查1、乳腺手诊、乳腺彩色B超检查。流程安排1.体检当日携带健康码至预检分诊处登记。

  • 周末浙江部分气温又将重返40度(浙江多地一键入秋)

    在安徽,截至4日9时,长江以北地区气温基本跌破20℃,暖空气残存力量“退守”皖南山区。安徽合肥3日最高气温达39.9℃,今天气温猛降至17℃,预计5日将进一步降至13℃。合肥、南京、上海等地的最高气温都会创下立秋后新低。受冷空气持续影响,未来一周安徽大部分地区最高气温普遍低于20℃。预计5日浙北地区雨水明显,7日雨水铺开到浙江全省,降水过程一直持续到9日。

  • 怎么做固体奶油(具体怎么操作)

    下面内容希望能帮助到你,我们来一起看看吧!怎么做固体奶油将买来的淡奶油储存在适当的条件。(未开盒的奶油,低温下可储存时间长一点,在10度以下可储存半个月左右。否则,会影响奶油品质。将未打发的奶油待完全解冻后取出。奶油打发前的温度高于10℃,或者低于7℃都会影响奶油稳定性和打发量。将奶油倒入搅拌缸内,还可以适当添加一些柠檬。容量在搅拌缸的10%-25%。

  • 我国各省市区国土面积排名(趣看全国各省区直辖市陆地面积饼状图)

    6大区陆地面积百分比东北各省占比情况华北各省市区占比情况华东各省市占比情况中南各省区占比情况西南各省区市占比情况西北各省区占比情况各省区市占全国百分比情况

  • 单身狗文案(单身狗文案精选)

    接下来我们就一起去研究一下吧!单身狗文案口罩一戴,谁也不爱。别人都有甜甜的恋爱,我只有秃秃的脑袋。去年是单身猪,今年是单身鼠。一个人也可以撑起无聊的岁月。人间情事太俗,不如一个人看日出。告诉桃花不必开了,老子自己种花海。我一个人吃饭旅行,到处走走停停。我一个人行走江湖,走马观花,不会为谁驻足。月老是不是拿我的红绳去织毛裤了。垃圾桶都收到玫瑰花了,我没有。

  • 英语四六级考试最新公告(全国大学英语四六级笔试)

    英语四六级考试最新公告11月5日,省考试院就今年全国大学英语四、六级考试安排做出说明。据悉,今年下半年考试笔试将于12月16日进行。从2005年1月起,成绩满分为710分,凡考试成绩在220分以上的考生,由国家教育部高教司委托“全国大学英语四六级考试委员会”发给成绩单。据了解,考生登录全国大学英语四、六级考试网站点击栏目进行报名完成口试信息填报、选择考点、网上缴费等报名手续,考试费为50元。

  • 元旦祝福语大全简短祝福老师(适合对老师说的元旦祝福语)

    元旦祝福语大全简短祝福老师?元旦祝福语大全简短祝福老师在美好的节日里,寄上我一份真挚的祝福,春节的脚步会把它们全送给纯洁无瑕的你!在新年中释放出另一种友谊的光辉。元旦到了,我托空气为邮差,把热腾腾的问候装订成包裹,印上真心为邮戳,37度恒温快递,收件人是你,真心祝你:新年好!如果现在是一个人,我祝你元旦快乐;如果是两个人,祝你们元旦快乐;如果是一伙人,请立刻告诉我你们在什么地方。

  • 清蒸钓带怎么做(清蒸钓带做法)

    材料:带鱼750克冬笋15克香菇(干)7克猪油(板油)15克姜10克白砂糖5克黄酒10克酱油25克小葱5克盐5克,现在小编就来说说关于清蒸钓带怎么做?姜10克白砂糖5克黄酒10克酱油25克小葱5克盐5克。

  • 窝瓜怎样冰箱储存(窝瓜冰箱储存方法)

    以下内容希望对你有帮助!窝瓜怎样冰箱储存窝瓜是可以通过冷藏进行保存的。南瓜是一年生蔓性草本植物,叶片具白斑、果柄五棱形,又叫做中国南瓜、番瓜、倭瓜、饭瓜等。南瓜可以速冻保存,如速冻南瓜块,将新鲜南瓜去皮,切成两半,刮去瓤和籽,洗净,切成35mm3左右的方块。在100℃的热水中漂烫5~6min,再冷却至10℃以下,沥水后在冻结装置内冻结,再包装。

  • 月球亮相的织物版国旗不简单 月球国旗材料

    点火起飞前,嫦娥五号着上组合体实现月面五星红旗展开,这是中国在月球表面首次实现五星红旗的“独立展示”。五星红旗展示系统技术负责人程昌表示,系统使用的火工品在国内同等用途和功能中属于最小之一。尽管形式各异,但科研人员通过高低温试验后发现,只有卷轴形式展开的五星红旗比较平整,不会出现褶皱等情况。重量只有1公斤嫦娥五号五星红旗平面运动包络将近2000mm×900mm,整个系统的重量只有1公斤。