反物質和暗物質有什麼區別?

2020-12-06 騰訊網

物質構成了宇宙，大到整個宇宙，小到我們身邊周圍，物質無處不在，那麼物質的本質是什麼？

138億年前，奇點大爆炸之後，誕生了正物質，反物質，暗物質等，很多人經常把暗物質與反物質混在一起，但暗物質不是反物質，它們之間也沒有什麼聯繫，下面我們來介紹一下這兩種物質。

反物質的發現及其特性

反物質發現

「反物質」的存在最早可追溯於狄拉克的方程中所說的一個預言，狄拉克方程統一了量子力學、狹義相對論及電子自旋，而自旋當時還是一個很新的概念，但狄拉克沒有明確地預測新粒子的存在。

大約在30年代的時候，安德森讓宇宙射線通過雲室及鉛片。儀器被磁鐵包圍，而這些磁鐵使不同電荷的粒子向不同的方向彎曲。每一粒通過照相底片的正電子，都會有一條離子軌跡，其曲率對應電子的質荷比，但軌跡方向與電子相反，意味著它的電荷也與電子相反。由此終於驗證了狄拉克所說的預言，並且在此之後反質子、反中子、反夸克也都相繼被發現。

我們可以進一步認為，在標準模型中的所有粒子都有自己的反版本。這一發現也讓我們知道了世界上不光只有普通物質世界還有反物質世界，但我們肉眼無法對反物質世界進行直接的觀測。

什麼是反物質?

「反」就很容易理解，就是所有物質的反面，是一般物質的對立面，而一般物質就是構成宇宙的主要部分，並且科學實驗已經證實，反物質是一種客觀存在於宇宙內的實體。

可以這樣來解釋反物質，在現代物理學中，目前發現的所有基本粒子都是成對的，而且成對的粒子的質量相等，但所帶的電荷和其他特性卻是相反的，就像有負電子，就有對應正電子；有帶負電荷的質子，就有對應的帶正電荷的反質子……

所謂的反物質，就是與自然界存在的物質相反。形象來說，每個電子應該都帶有一個負電荷、自轉為1/2、質量為0.511Mev/c^2，輕子數為+1，我們換算一下，那麼電子反物質的版本應該就是其質量應該和電子一樣，沒有任何的變化，但其自旋相反為-1/2，且帶有正電荷，輕子數為-1，總的來說就是兩者電荷相反、自旋相反、輕子數相反，但是其他任何特性都是一樣的。

反物質的特性

首先我們要知道反物質是自然界正常物質的反狀態，它並不是虛構的，是真實存在的。在宇宙誕生初期，一定溫度的條件下，能量會自發的產生物質和反物質，並且正反物質互相湮滅變成了能量，其中正物質粒子比反物質粒子在數量上多了10億分之一，隨著宇宙的碰撞冷卻，多餘的正物質就被保留了下來，也就構成了我們現在所看到的宇宙。

其次反物質是有正質量的，並且以相同的方式受到重力影響，就比如電荷相反，雖然兩者電荷相反、自旋相反、輕子數相反， 但是其質量是穩定的。

最後由於反物質和物質擁有著相反的重子數，如果它們相遇以後會發生湮滅，並且最終以光子的形式釋放出能量，換句話來說就是，正物質和反物質相遇就會變為純能量，並且其過程是可逆的，高能光子相撞後能夠產生正反物質。

暗物質的由來及其特性

暗物質是怎麼被提出來的?

1933年，美國加州工學院的瑞士天文學家弗裡茨·茲威基研究后髮座星系團時，使用維裡定理推斷出其內部有看不見的物質。但當時並未稱為暗物質，而是稱為被丟失了的質量。

在這之後，科學家們又在多個方面發現越來越多的證據，星系自轉曲線、星系與星系團觀測、宇宙微波背景輻射等，側面證明了有大量的「觀測之外」的物質質量，到20世紀80年代，首次提出來宇宙間可能存在暗物質，這是科學家正式提出「暗物質」這個名稱。

究竟什麼是暗物質？

暗物質是一種神秘而不可見的物質，是理論上提出的可能存在於宇宙中的一種不可見的物質，有可能是宇宙物質的重要組成部分，但又不屬於構成目前可見天體的任何一種已知的物質。科學家們結合宇宙中微波背景輻射各向異性觀測和標準宇宙學模型目前確定了宇宙中的暗物質佔宇宙中全部物質總質量的85%，約佔其總能量密度的四分之一。

迄今為止，由於暗物質從來沒有被直接檢測到過，所以對於暗物質究竟由什麼構成這個問題仍然是一個謎，但有物理學家提出了許多候選粒子，比如軸子、暗光子、弱相互作用的大質量粒子（WIMP）、超重引力子、矮行星質量的「宏觀」粒子以及一些尚未發現的亞原子粒子等等……

暗物質的特性

雖然暗物質目前被探測到，但在各種天體物理觀測中，比如引力透鏡效應，有許多現象都與暗物質有關。就目前關於暗物質的研究來說，暗物質具有以下幾個特點:

首先暗物質是束縛星系運動的主要力量，所以暗物質有靜止質量，可以參與引力相互作用；

其次就是暗物質的性質應該是相對穩定的，不參與電磁相互作用以及強相互作用，因為暗物質是不可見的的，我們無法對其進行觀測；

然後就是暗物質的基本粒子構成應該是一種惰性粒子，而且還不是目前我們所發現的任何一種已知粒子；

還有就是宇宙中暗物質的質量要遠遠大於我們發現的可見物質的質量；

最後暗物質的運動速度應該比較慢，不然就不會留在星系內被發現。

暗物質通常與反物質混合，但天文學家通過研究知道暗物質不是反物質。

反物質與暗物質的區別

概念不同：暗物質是在理論上提出的可能存在於宇宙中並且是一種不可見的物質，而反物質是自然界正常物質的反狀態，是肉眼可見的，但由於堙滅太快，所以不容易觀測到

提出者以及提出時間不同：最早提出「暗物質」可能存在的是天文學家卡普坦，是在1922年提出的，而反物質概念是1928年英國物理學家保羅·狄拉克最早提出的。

質量問題：雖然單個暗物質粒子的質量大小還不能確定，但暗物質是有靜止質量的；而反物質是有正質量的，並且以相同的方式受到重力影響；

穩定性： 暗物質是比較穩定的，而反物質極不穩定並且不容易存在於自然界，因為反物質容易發生湮滅……

相關焦點

  • 物理科普——反物質和暗物質有什麼區別?區別有點大
    反物質和暗物質有什麼區別？雖然都有物質兩個字，但這兩者的區別真的有點大…… 反物質最早是英國物理學家保羅·狄拉克根據電子的相對論性方程——狄拉克方程預言的一種反粒子。由於在狄拉克方程中存在負能解，為了解決這個問題，狄拉克提出了狄拉克海和空穴理論。
  • 反物質和暗物質和我們常見的物質有什麼不同?
    我們在平時經常會聽到反物質，暗物質，暗能量等詞彙，這些其實都是物理學中的概念。那它們之間有什麼區別，又和我們這個世界的一般物質有什麼關係呢？ 今天，我們就來說說這個問題。
  • 什麼是普通物質、反物質、暗物質和暗能量?
    經常關注宇宙學得朋友，肯定都看到過反物質、暗物質和暗能量，這三個物理學中的詞彙，除了這三個還有一個普通物質，它們一起構成了宇宙中以前存在、現在存在的所有物質/能量形式，其中的反物質在目前的宇宙中，據我們觀察並不存在，而暗物質、暗能量、普通物質依然充斥著宇宙空間，組成了我們當今的宇宙。
  • 反物質和暗物質是一回事嗎？它們的作用是什麼？
    我們在平時經常會聽到反物質，暗物質，暗能量等詞彙，這些其實都是物理學中的概念。那它們之間有什麼區別，又和我們這個世界的一般物質有什麼關係呢？今天，我們就來說說這個問題。宇宙大爆炸如果這個事情要進入溯源的話，那其實需要追溯到宇宙的起源。
  • 反物質、暗物質、負物質，都是什麼鬼？
    emm，蟲洞嘛，要來個太陽質量的負物質，倒也能撐開一個一公裡大小的蟲洞了。好吧，這胡言亂語都是些啥啊？反物質？暗物質？負物質？都是些什麼鬼？為了跟人吹牛不被當小白，咱還是講講清楚，這些到底是什麼意思。那這個負數有物理意義嗎？於是他預言了一種帶正電的粒子，除了電性和正常電子相反，其他性質都一樣，包括質量也是正的。1932年，美國物理學家安德遜在觀察宇宙線實驗時，當宇宙射線進入雲室後，軌跡發生了彎曲，但是其中有一個粒子的軌跡和電子的軌跡完全一樣，但是方向卻相反。恰好驗證了狄拉克預言的正電子。後來他又用γ射線轟擊的方法產生了正電子，在實驗上完全驗證了正電子的存在。
  • 暗物質和暗能量之間有什麼區別？
    像暗物質和暗能量。因此，「黑暗」一詞-並不意味著可能看起來像什麼，而是表明我們理解它的能力上的巨大空白。暗物質和暗能量的絕對難以捉摸可能是它們如此普遍相互混淆的原因。對於所有我們不知道的事物，「黑暗」通常是語言空白。
  • 反物質和暗物質的奧秘可以聯繫在一起嗎?
    反物質和暗物質的深刻奧秘可以聯繫在一起嗎？由RIKEN創業研究集群的Stefan Ulmer領導的國際BASE協作的科學家以為自己可能是這樣，合作者已經進行了第一個實驗室實驗，以確定物質和反物質與暗物質相互作用的方式是否稍有不同是解決這兩個謎團的關鍵。
  • 反物質和暗物質,為什麼被科學家稱為物理界的「烏雲」
    但這一實驗發現，在赤道附近，有一個特別區域中只有氦3。這不能不說是一個奇怪現象。 阿爾法磁譜儀-02將是國際空間站上惟一的科學實驗，它是一項富於原創性的重大前沿基礎研究項目。它的主要目標是精確測量高能宇宙線的能譜，尋找反物質以及暗物質，測定宇宙射線中各種元素和同位素的含量，研究在飛往外星球過程中宇宙空間輻射對人體的影響，研究γ射線物理以及捕捉新的奇異物理現象。
  • 暗物質是什麼，到底有沒有暗物質？看看科學家找到的最好證據！
    在現實生活中，物質這個詞語是有非常多含義的，但是在物理學概念當中，物質是一個專有名詞。隨著近幾年大家對於物理學概念以及航天方面的關注，物質這個概念被更多的人熟知，常見的有反物質和暗物質兩個概念，因為這兩個名字經常被各種偽科學炒作或者用於街邊小廣告，把這些非常嚴肅的專業名詞變成了坑蒙拐騙的工具，今天我們就跟大家一起聊一聊反物質與暗物質之間的聯繫與它們的區別。
  • 暗物質和反物質是什麼?
    by Jack馮馮 其實之前有說過類似的，但還是覺得多重複一下也挺好的：腳踏實地一步一步地來，先自己弄完大綱內的中學理科課程，大綱內的中學理科課程做到沒有挑戰性的時候可以看競賽課程和通選類的大學課本（比如高等數學，大學物理之類），網上的大學低年級公開課視頻是可以借鑑的。一些優秀的科普書是很有幫助的。值得一看（課餘時間）。
  • 暗物質是什麼，到底有沒有暗物質？看看科學家找到的最好證據
    在現實生活中，物質這個詞語是有非常多含義的，但是在物理學概念當中，物質是一個專有名詞。隨著近幾年大家對於物理學概念以及航天方面的關注，物質這個概念被更多的人熟知，常見的有反物質和暗物質兩個概念，因為這兩個名字經常被各種偽科學炒作或者用於街邊小廣告，把這些非常嚴肅的專業名詞變成了坑蒙拐騙的工具，今天我們就跟大家一起聊一聊反物質與暗物質之間的聯繫與它們的區別。
  • 暗物質是什麼,到底有沒有暗物質?看看科學家找到的最好證據!
    在現實生活中，物質這個詞語是有非常多含義的，但是在物理學概念當中，物質是一個專有名詞。隨著近幾年大家對於物理學概念以及航天方面的關注，物質這個概念被更多的人熟知，常見的有反物質和暗物質兩個概念，因為這兩個名字經常被各種偽科學炒作或者用於街邊小廣告，把這些非常嚴肅的專業名詞變成了坑蒙拐騙的工具，今天我們就跟大家一起聊一聊反物質與暗物質之間的聯繫與它們的區別。反物質的名詞概念是相對於正物質來說的，而暗物質的相對概念就是我們平常接觸得到摸得到的東西。
  • 宇宙物質的組成有全新發現,反物質和暗物質很可能扮演著重要角色
    科學家試圖了解更多的內在原因，從而解開宇宙大爆炸的謎團，前提條件就是確定宇宙物質的形成之謎，這樣才能夠追述宇宙大爆炸之前的情況。科學家在研究物質的時候，離不開宏觀宇宙和微觀宇宙的研究，現在科學家有了一些新的發現，美女小倩和大家具體的說一下，朋友們可以加我粉絲和關注，一起來研究其中的奧秘，希望大家多多支持。
  • 物質和反物質的區別:反物質具有相反電荷
    （ALPHA），該儀器將反質子和正電子（電子的反物質對應物）結合在一起，形成一個反氫原子。 　　北京時間9月1日消息，據國外媒體報導，此前不管科學家進行怎樣的測試，反物質的行為就像普通物質一樣。在一項最新研究中，物理學家試圖找到物質和反物質之間的區別，令人感到困惑的是，反物質也是一種物質，但它具有相反電荷和其它差異性特徵，它們就像一個「雙面惡魔」。 　　然而令科學家不解的是宇宙中為什麼會物質多於反物質？其原因並不清楚。
  • 宇宙誕生之後一直處於膨脹狀態,反物質和暗物質有什麼關係呢?
    宇宙誕生之後，一直處於膨脹狀態，大概在宇宙大爆炸後2億年，恆星就出現了，後來逐漸有了星系，然後如今宇宙中的各種天體。天文學家就發現，在許多大星系中，通過理論計算，就發現遠離星系質心的恆星沒有引力距離遠了，運動速度減慢。
  • 歐洲核子研究組織使用反物質尋找暗物質
    據外媒New Atlas報導，雖然迄今為止暗物質尚未被直接探測到，但科學家仍在嘗試用各種各樣的方法來尋找暗物質。現在，在歐洲核子研究組織（CERN）進行重子反重對稱性實驗(BASE)的研究人員已經嘗試了一種使用另一種奇怪物質-反物質的新方法來尋找暗物質。
  • 反物質和暗物質到底是啥玩意,它們真的存在於我們的世界嗎?
    許多人對反物質和暗物質概念很模糊，總把他們搞混了。事實上他們完全不是一碼事，是風馬牛不相及的兩種事物。那麼它們到底真的存在於我們這個世界嗎？下面我們一起來討論一下。先說說反物質。進一步研究發現，宇宙總質能中，可以看到的物質只佔有總量的4.9%，暗物質佔26.8%，暗能量佔有68.1%。現代天文物理學研究認為，暗物質主導著宇宙星系之間的引力平衡，而暗能量著是宇宙膨脹的主要力量。暗物質和暗能量的較量，決定著宇宙的走向和歸宿。反物質怎麼來的，今後有什麼走向。
  • 什麼是暗物質和暗能量?目前探索暗物質有什麼進展了?
    注意，本僧要放大招了：人類科技裡精度最高的測量手段，是對「電子和光」的測量，基本可以探測到單個光子和單個電子。所以，絕大部分實驗，無論是引力波、暗物質、量子糾纏，還是微小距離變化什麼的，最終都是想辦法轉化成電子信號或光信號。直接探測暗物質的探測原理簡單到無以復加：當暗物質跟氙原子發生碰撞時，氙原子就會發光，同時產生自由電子。
  • 反物質、暗物質、暗能量之間是什麼關係?來帶你重新認識這三者
    反物質反物質最早來自於狄拉克的一個預言，我在前些天的文章中有講過那段歷史，這裡就不重複了，有興趣的同學可以看我4月23日關於反物質和暗物質的文章。我們現在所知道的反物質是一種與普通物質各項特性都相反的物質，基本定義就是能相反的特性都相反，我們最熟悉最容易理解的就是電荷相反了。
  • 反物質、暗物質、暗能量之間是什麼關係？來帶你重新認識這三者
    反物質反物質最早來自於狄拉克的一個預言，我在前些天的文章中有講過那段歷史，這裡就不重複了，有興趣的同學可以看我4月23日關於反物質和暗物質的文章。 我們現在所知道的反物質是一種與普通物質各項特性都相反的物質，基本定義就是能相反的特性都相反，我們最熟悉最容易理解的就是電荷相反了。那麼反物質在我們的宇宙大片中有什麼重要性？