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。

他的理論指出，根據量子力學的不確定性原理，真空並非真的什麼都沒有，真空存在負能態，但是所有的負能態都被電子所填滿，使整個真空的總能量為零，但它實際上並非空無一物的真空，而是填滿了電子的負能海洋，這個電子海洋就稱為狄拉克海。由於真空中所有的負能態已經被填滿了，電子無法通過躍遷到更低的能態從而釋放能量，因此，雖然真空中充滿電子，卻沒有任何自發產生的能量釋放。

如果需要從狄拉克海中激發出一個電子，則至少需要輸入電子靜止質量兩倍以上的能量，當這一能量從負能空穴裡激發出電子時，會留下一個負能態的空穴，而這一輸入的能量需要同時把這空穴填滿，由於被激發的電子具有負電荷，根據電荷守恆，空穴裡的電子則需要是帶正電荷的電子，這就是我們現在所說的電子的反物質——正電子。

在狄拉克根據理論做出預言後的兩年，即1932年，美國實驗物理學家卡爾·大衛·安德森在穿過雲室的宇宙射線中發現了正電子。這種正電子質量跟電子差不多，但在磁場中偏轉方向與電子相反，意味著它擁有與電子相反的電荷。安德森因此獲得了1936年諾貝爾物理學獎。

其實在安德森之前，我國的物理學家趙忠堯在1930年就已經在實驗中發現了正負電子湮滅的現象，可惜這一發現並沒有被諾貝爾獎委員會認可，從而錯失了一個諾貝爾獎。

隨著後來理論的發展，反物質已經不限於狄拉克所預言的正電子了，理論上所有的費米子都存在其反物質，一般認為反物質的所有性質都有普通物質相反，比如電荷、自旋等……

暗物質則是另一個玩意，它也是30年代發現的。1933年，美籍瑞士天文學家弗裡茨·茲威基在研究后髮座星系團的星系速度時發現測得的星系速度所需要的星系團質量是已知光度質量的10倍。也就是說該星系團的運動質量（根據星系繞轉運動測得的質量）是其光度質量（根據發光天體的光度測得的質量）的10倍。有大量的質量缺失了。

隨後對銀河系外圍恆星的公轉速度的測量同樣發現了問題，根據萬有引力的距離平方反比定律，外圍恆星的公轉速度會隨距離中心的半徑增加而降低，但實際測量到的結果卻沒有降低。最後科學家只有提出一種不可見的物質提供了看不見的質量，這種看不見的物質就是暗物質。

由於看不見，這種物質可以確定是不參與電磁相互作用的，跟反物質的性質完全不一樣，因為帶電物質的反物質是參與電磁相互作用的。

另一方面，暗物質很可能不參與強相互作用，否則我們宇宙的氫的豐度可能不是現在這個數值。它可能參與弱相互作用，唯一可以確定的，是它肯定參與引力相互作用。