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
  • 华为还没推出鸿蒙系统的手机(俄罗斯手机厂商)

    昨天,关注华为鸿蒙系统的网友们,非常兴奋。因为昨天俄罗斯的手机厂商BQ公司总经理弗拉基米尔·布扎诺夫表示,他们要被谷歌断供了,新设备的安卓系统可能出现问题,所以计划转向华为鸿蒙系统。要知道当前华为鸿蒙最缺的就是合作伙伴,特别是手机上的合作伙伴,毕竟当前除了华为之外,没有其它手机厂商使用鸿蒙。而针对这则消息,华为也进行了回应称,华为暂时没有在海外市场推出鸿蒙手机的计划。

  • 相似三角形的判定公式(直角三角形相似判定定理)

    下面希望有你要的答案,我们一起来看看吧!相似三角形的判定公式平行于三角形一边的直线和其他两边相交,所构成的三角形与原三角形相似。(简叙为两角对应相等,两个三角形相似。)直角三角形相似的判定定理:直角三角形被斜边上的高分成两个直角三角形和原三角形相似;如果一个直角三角形的斜边和一条直角边与另一个直角三角形的斜边和一条直角边对应成比例,那么这两个直角三角形相似。

  • 踏板摩托车打不着火是什么原因(4个原因你需要知道)

    踏板摩托车打不着火是什么原因?跟着小编一起来看一看吧!这个过程大约需要三至五分钟。关于怠速问题,有时打不着火,是由于怠速比较低,正常夏天看迈数表达指针到一个格或者一个多点就可以了,冬季调整到一个半以上两个以下。火花塞的毛病,更换一个就可以了,有时油会淹嘴子,看看火花塞头有没有油,湿不湿,也会打不着火。

  • 五行缺土属于什么命(土命但五行缺土是什么命)

    五行学说是中国文化重要组成部分。按民间的说法,人的生辰八字要五行俱全才吉利;五行缺土,不吉利,补救的办法是,用土或土作偏旁的字取名。五行缺一和五行缺四被认为是最有生命力的卦象。中央属土,代表颜色是黄色、紫色、粉红色,适宜佩戴的水晶有黄水晶、紫水晶、粉晶、紫黄晶等。

  • 上海奉贤区东方外国语学校(奉贤区教育局与上海外国语大学签订合作办学协议)

    9月1日下午,奉贤区教育局与上海外国语大学签订合作办学协议。奉贤区委书记李政、上海外国语大学校长李岩松出席并讲话,区委副书记、区长袁泉主持签约仪式,区委副书记骆大进、上海外国语大学党委副书记钱玲出席签约仪式。去年11月19日,奉贤区人民政府与上海外国语大学签署战略合作协议,正式开启区校全面战略合作新篇章。此次,双方以合作办学为契机,将合作共建上外附属奉贤实验幼儿园、小学、中学。

  • 电热毯真的能除螨虫吗(电热毯真的能不能除螨虫)

    下面内容希望能帮助到你,我们来一起看看吧!被子或床单里有很多螨虫,许多人认为电热毯可以在加热后杀死床上的螨虫。事实上,虽然电热毯可能会升高,但在这个温度下很难杀死螨虫,由于普通电热毯的温度在20到40度之间,温度不是很高,杀死螨虫的较低温度在60度以上,因此电热毯的温度不能杀死螨虫。

  • 杭州滨江转学线上申请入口 杭州小学生转学办理流程

    转学学生类型1.本区户籍儿童少年;2.持有注册地为滨江区的有效《浙江省居住证》、且实际居住在本区的流动人口随迁子女。学校不接受临时变更《浙江省居住证》地址的转学申请。转学时间转学原则上以一学年为单位,新学年第一学期开学前办理手续,线上转学申请开放时间:6月份到8月15日。

  • 没熟的木瓜切开后还能熟吗(切开的木瓜没熟怎么办)

    没熟的木瓜切开后还能熟吗?以下内容希望对你有帮助!水果的营养主要是维生素,而维生素接触空气很容易氧化而失去其营养价值,所以切开的木瓜不熟还是建议马上吃掉,要是木瓜不熟的话,其实可以煮汤吃的,虽然没有熟木瓜煮汤口感好,但是还是可以一试的。关于木瓜做汤的美食有很多,如木瓜汤、红枣雪梨汤、鲫鱼木瓜汤、银耳木瓜汤等。

  • 石河子大学是双一流a还是b类(石河子大学是双一流大学吗)

    据教育部2022年公布的第二轮“双一流”建设高校及建设学科名单可知,目前我国一共有147所双一流建设高校。根据这份名单查证后发现:石河子大学有出现在这份名单上。

  • 栀子能疏肝理气(栀子竟然还有疏肝理气)

    日常也可以通过泡茶的形式来将栀子进行泡水饮用,对于生活节奏较快的人群来说,这样的方式更简便。栀子的注意事项栀子是一种可入药也可食疗的中药材,对于它的使用,日常也是要多加的注意相关事项的,下面是两点主要的注意事项:1、栀子性寒味苦,对于脾虚便溏的人群应该忌服,以免加重病情。