“反物质”能源是什么物质?

“反物质”能源是什么物质?
“反物质”能源是什么物质?

“反物质”能源是什么物质?
当你照镜子时,看一看在镜子中的那个你,如果那个镜子里的家伙真的存在,并出现在你的面前,会怎么样呢?
科学家们已经考虑过这个问题,他们把镜子中的那个你叫做“反你”.他们甚至想象很远的地方有一个和我们现在的世界很象的世界,或者说是我们的世界在镜子里的像.它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界.但是反物质是什么,这一切又可能是真实的吗?
对于“反物质是什么”这个问题,并没有恶作剧的意味.反物质正如你所想象的样子——是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分.直到最近,宇宙中反物质的存在还被认为是理论上的.在1928年,英国物理学家Paul A.M.Dirac修改了爱因斯坦著名的质能方程（E=mc2）.Dirac说爱因斯坦在质能方程中并没有考虑“m”——质量——除了正的属性外还有负属性.Dirac的方程（E = + 或者 - mc2）允许宇宙中存在反粒子.而且科学家们也已经证明了几种反粒子的存在.这些反粒子,顾名思义,是一般物质的镜像.每种反粒子和与它相应的粒子有相同的质量,但是电荷相反.以下是20世纪发现的一些反粒子.
正电子——带有一个负电荷而不是带有一个正电荷的电子.由Carl Anderson 在1932年发现,正电子是反物质存在的第一个证据.反核子——带有一个负电荷而不是通常带有一个正电荷的核子.由研究者们在1955年的伯克利质子加速器上产生了一个反质子.
反原子——正电子和反质子组合在一起,由CERN的科学家制造出第一个反质子（CERN是欧洲核子研究中心的简称）.共制造了九个反氢原子,每一个的生命只有40纳秒.到1998年CERN的研究者把反氢原子的产量增加到了每小时2000个.当反物质和物质相遇的时候,这些等价但是相反的粒子碰撞产生爆炸,放射出纯的射线,这些射线以光速穿过爆炸点.这些产生爆炸的粒子被完全消灭,只留下其它亚原子粒子.物质和反物质相遇所产生的爆炸把两种粒子的质量转换成能量.科学家们相信这种方法产生的能量比任何其它推进方法产生的能量强的多.所以,为什么我们不能建一个物质——反物质反应机呢?建造反物质推进机的困难之处在于宇宙中反物质的缺乏.如果宇宙中存在相等数量的物质和反物质,我们将可能看到围绕我们的这些反应.既然我们的周围并不存在反物质,我们也不会看到物质和反物质碰撞所产生的光.
在大爆炸产生时粒子数超过反粒子数是可能的.如上所述,粒子和反粒子的碰撞把两者都破坏掉了.并且因为开始的时候有更多的粒子存在,所以现在的粒子是所有留下来的那些.今天在我们的宇宙中可能已经没有留下任何天然的反粒子.但是,在1977年科学家们发现在银河系中心附近有一个可能的反物质源.如果那个地方真的存在,也意味着存在天然的反物质,所以我们将不再需要制造反物质.
但是目前,我们将不得不创造我们自己的反物质.幸运的是,通过使用高能粒子对撞机（也叫做离子加速器）这种技术制造反物质是可行的.离子加速器,象CERN,是沿很强的环绕的超磁场排列的一些巨大的隧道,超磁场可以使原子以接近光速的速度推进.当原子通过加速器出来时,它轰击目标,创造出粒子.这些粒子中的一些就是用磁场分离的反粒子.这些高能离子加速器每年只能产生几个毫微克的反核子.一毫微克是一克的十亿分之一.所有一年之内在CERN产生的反核子只够一个100瓦的电灯泡亮3秒钟.如果要用反核子进行星际旅行将需要消耗几吨才能实现.

还是物质，只不过和我们接触的物质不同而已

反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。当你照镜子时，镜中的那个你如果真的存在，并出现在你面前，会怎么样呢？科学家们已经考虑过这个问题，他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界，它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面，而一般物质就是构成宇宙的主要部分。...

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反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。当你照镜子时，镜中的那个你如果真的存在，并出现在你面前，会怎么样呢？科学家们已经考虑过这个问题，他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界，它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面，而一般物质就是构成宇宙的主要部分。

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反物质是物质的镜像。物质由原子组成，原子又由质子、中子和电子组成。质子带正电，电子带负电，中子不带电而有一定的磁性。所谓物质的镜像，就是还有一种质子带有负电，叫反质子；还有一种电子带正电，叫反电子；也还有一种磁性正好与前面所说的中子相反的中子。这些统称为反物质。
反物质和物质水火不相容，一旦相遇，就相互吸引、碰撞而全部转化为光。一克反物质与一克物质碰撞而湮灭时释放出的能量，相当...

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反物质是物质的镜像。物质由原子组成，原子又由质子、中子和电子组成。质子带正电，电子带负电，中子不带电而有一定的磁性。所谓物质的镜像，就是还有一种质子带有负电，叫反质子；还有一种电子带正电，叫反电子；也还有一种磁性正好与前面所说的中子相反的中子。这些统称为反物质。
反物质和物质水火不相容，一旦相遇，就相互吸引、碰撞而全部转化为光。一克反物质与一克物质碰撞而湮灭时释放出的能量，相当于当今世界上最大的水电站12 个小时发出的能量总和。
通常物质中没有发现过反物质，即使在实验条件下，反质子也一瞬即逝。如果要获得一克反物质，不仅技术难度大，而且至少要花 10亿美元的费用；目前的储藏、运输也很困难。然而，科学家认为，反物质在未来可能是人类不可估量的能源。
反物质就是由反粒子组成的物质。所有的粒子都有反粒子，这些反粒子的特点是其质量、寿命、自旋、同位旋与相应的粒子相同，但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数与之相反。
例如，氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成，反氢原子则与它正好相反，由一个带正电的电子和一个带负电的反质子构成。物质和反物质相遇后会湮灭，释放出大量能量。
科学家认为，制造出大量反氢原子，有助于验证CPT守恒假设的正确性和宇宙标准模型的普适性。如果发现反氢原子与氢原子在物理规律上并不完全对等，将给物理学和宇宙学的一些基础问题带来非常重要的新启发。例如宇宙大爆炸理论认为，宇宙诞生时，从虚无中产生了相等数量的物质和反物质。但人们观察到的宇宙中，物质显然占绝对的主导地位。对反氢原子的研究，可能有助于解开这个疑点。
新颖高效的反物质火箭
爱因斯坦狭义相对论告诉我们，质量和能量等价，也就是说，能量可以转化为物质。如在宇宙大爆炸初期，只有能量，没有物质。大爆炸10－36秒之后，氢等物质开始从能量中创生出来；在当代，科学家在高能物理实验中，也可用巨大的能量创造出一些元素和基本粒子（物质）来。
??反过来，物质也可转化为能量，这有许多是我们司空见惯的。如我们用木材和煤炭燃烧的热能烧菜做饭，用石油或煤炭燃烧产生的热能推动火车、汽车、轮船和飞机，人们的日常生活和工作靠煤炭、石油燃烧产生的电能维持，还有火箭靠燃烧推进剂的热能产生推力等等，这些热能就是由物质的部分质量转化而成的，较新颖的是，在重原子核的裂变和轻原子核的聚变反应中，物质有比热化学反应更多的质量转化为热能和其他各种形式的能量，利用这些能量可以发电，造福人类，也可成为危害人类的杀伤武器。最新颖的是，正粒子和反粒子相遇湮灭时，全部物质转化为光子和热等能量。物质转化为光子和热能，其实并不新颖，电灯就是靠负电子（正粒子）和正电子（反粒子）相遇时湮灭而发光，同时产生热量。所以，电灯泡发热，只是由于电子本身的质量太小，所以发出的光和热不强。质量比电子大1836倍的质子和中子湮灭时，就会产生强烈的光和热。
??上述各种形式，虽然都是物质转化为能量的例子，但我们已看到有转化程度的不同，也就是有效能大小的差别。燃烧等热化学反应，只有极微小的物质质量转化为能量，所以化学能火箭的效率低；核裂变有0．1％的物质质量转化为能量是化学能的百万倍；核聚变有0．7％的物质质量转化为能量，是化学能的1～2万倍。如1克氢核聚变释放的能量为6300亿焦尔，是1克烟煤燃烧的2000万倍。正反粒子相遇湮灭，放出光子和热能，自身双双消失。由于光子没有质量，而是一种能量，所以正反物质湮灭时，100％的质量转化成了能量，是质量转化为能量的最高形式。
??根据正反物质湮灭的这个特点，人们设想利用湮灭的能量来做为火箭产生推力的能源。湮灭时的热能和光能都可利用。这种利用湮灭热能的火箭，叫反物质火箭。
??反物质火箭利用正反物质湮灭时的热能加热工质，使它迅速升温膨胀，然后高速喷出，产生推力。一种设想是，用液氢作介质，计算表明，由于正反物质湮灭产生的能量，相当于核裂变能量的1000倍，即0．5千克质子和0．5千克反质子湮灭时，可产生相当于1000千克铀核裂变的能量。所以一枚反物质火箭，只要用9千克正反质子湮灭的热能，来加热4000千克氢，就可使1吨重的宇宙飞船加速到30000千米／秒的速度。

早在1992年，美国物理学家安德森就发现了一种与电子质量相等，电荷数量相同，但带正电荷的粒子，由于它与人们早已认识的电子电性相反，所以称之为反电子.1955年，美国物理学家詹伯仑又成功地发现了反质子. 反质子的质量与质子相等，电荷数量相同，但所带的电性却相反. 后来意大利的西格雷和美国的皮奇奥尼又发现了反中子. 1960年，我国物理学家王淦昌发现了反西格马负超子……这些层出不穷的发展汇总起来，人们已经知道构成物质的基本微粒有300多种，其中正反粒子几乎各占一半. 因此，人们思考：反粒子能否构成反元素？如果有反元素就必然会有反物质.
1965年 ,美国科学家莱德曼用反中子和反质子人工合成了“反氘”.前不久，欧洲核子研究中心的科学家制成了世界上第一种“反氢”元素，人类终于制造了一种反物质.
反电子、反质子、反中子等微粒统称反粒子，它们不能长久存在，很容易与它们相对应的正粒子碰撞转化为光而“湮灭”，同时放出巨大的能量. 例如，10毫克反质子“湮灭”时，能产生相当于200吨化学液体燃料燃烧放出的能量，足以将巨型宇宙飞船送上太空. 同样，反物质和物质相对应，它们互相吸引，通过碰撞也会全部转化为光，在它们“湮灭”的同时释放出巨大的能量. 据计算，1克反物质和1克物质相互碰撞而“湮灭”时，释放的能量相当于世界上最大的水电站工作12小时所发出的能量.
目前，科学家期待在能源研究和宇宙开发两个方面进一步取得突破，一是生产反物质的成本和储运方法.只有降低成本和便于储存运输，反物质才能发挥真正的效益.二是研究开发反星系. 虽然反星系距离我们十分遥远，但它是天然的巨大的反物质仓库.

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