什么是反物质和暗物质什么是反物质 _生活知识

什么是反物质(什么是反物质和暗物质)？通信创建于2021年8月12日00:06空。
很多朋友对反物质还是不太了解，经常会问一些奇怪的问题。比如在我文章的评论区，人们经常会问:“1克反物质能毁灭世界吗？”或者“既然反物质如此强大，为什么不利用世界的力量找到一个反物质矿来发展呢？”
这样的问题看似简单，却无法用一两句话来解释。今天就详细说一下，看能不能把反物质说清楚。请耐心阅读。如果有帮助，那就很幸运了。
虽然反物质湮灭的能量巨大，但也是有限的。反物质的力量是巨大的，至今已知物质的质量转化为能量的最大完美释放，即质能比转换率达到100%，世界上无论物质还是技术产生的能量都可以和反物质相比。
目前我们人类掌握的最大的质能转换技术是核聚变，质能比大约是0.7%，也就是1kg的物质可以转换7g的能量，这只是反物质转化率的1/142.86 。

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即便如此，反物质的能量释放也是有限的。释放反物质能量的方式是湮灭正物质，即反物质遇到正物质会突然消失。这些质量消失的那一刻，它们就转化成了巨大的能量。光和热爆炸的能量总量严格遵循爱因斯坦的质量和能量方程，即E = MC ^ 2 。
这里e代表能量，单位为焦耳；m代表质量，单位为千克(公斤)；c是光速，单位为米(米) 。
根据这个方程，1g(克)反物质释放的总能量约为9 * 10 13j 。但反物质湮灭需要正物质的参与，1g反物质会与1g正物质严格湮灭，因此2g能量会爆发出来，即1.8 * 10 14j 。这能量有多大？每千瓦/小时(千瓦/小时，1度)的电能相当于360万J，每吨TNT的爆炸能量相当于418.4万J..
因此，如果1g反物质被1g正物质湮灭，将产生等量的5000万千瓦时，即4.3万吨TNT炸药。

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广岛原子弹的当量约为1.3万吨，将1g反物质和1g正物质即2g物质转化为能量的功率相当于约3.3枚广岛原子弹的功率。3.3广岛那么大的原子弹威力很大，但远没有摧毁地球或地球生态。
后来，人类试验的核弹当量从字面上看在一百万吨到一千万吨之间，前苏联也试验了五千万吨氢弹。这些核弹没有摧毁地球，甚至没有伤害地球上的一根手指。因此，相当于4.2万吨炸药的1g反物质是不可能毁灭地球的。
那么，反物质真的存在吗？地球上的反物质非常少，不可能以宏观状态存在，也就是人类肉眼可以看到的反物质。因为反物质最大的特点就是看不到正物质，只要你看到它，你就一定以它而告终。因此，如果地球上有块反物质，它出现时会被任何正物质湮灭，爆发出惊天动地的能量。
那么，既然可见反物质不能存在于我们的世界，为什么科学家要说反物质存在于宇宙呢？科学家们只是在吃饱的时候想象出来的吗？这不是真的。科学家从来不会像民间科学那样，在饱餐几天后随意想象。反物质的发现有其根源和证据。

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反物质的概念最早是由英国物理学家狄拉克提出的，他在1928年首次预言并证明了正电子的存在。1932年，美国物理学家安德森在实验室发现并证实了狄拉克预言的正电子。1955年，英国物理学家西格莱用人工方法获得了反质子。后来科学家发现，所有粒子都有反粒子，但没有反粒子的粒子就成了奢侈品。
1937年，意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言有一个粒子，而反粒子就是它自己。人们把这种正负结合的粒子称为马约拉纳费米子。科学家花了80年才找到这个粒子。
直到2017年，杨振宁的学生，斯坦福大学的张首晟和他的团队，与加州大学洛杉矶分校和欧文分校的团队合作，最终发现了这个majorana粒子的踪迹，并在霍尔效应平台系统中获得了第一个有确凿证据的测量结果。
说这么多，只是为了说明反粒子是普遍存在的，没有反粒子的粒子很少。因此，反物质以反粒子的形式广泛存在于地球上。

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那么宇宙中有反物质世界吗？根据研究发现，科学家认为宇宙最早的诞生时期是正负粒子成对出现。因此，在宇宙产生之初，大多数粒子都被湮灭了。如果一切都是完全对称和守恒的，那么我们的世界就不会出现，但是宇称是不守恒的。一些不完美的积极物质构成了我们的世界。
那么在我们的宇宙中有没有反物质集中的世界呢？许多科学家认为会有，并认为既然额外的正物质形成了我们的世界，可能会有一些反物质，从而在某个地方形成反物质世界。
然而，科学家们多年来一直在利用大型望远镜和各种设备寻找反物质。到目前为止，不仅在地球上没有发现宏观反物质，在整个宇宙中也没有观测到宏观反物质。不过红豆的博主们还是认为，既然地球上会继续产生少量的反粒子，那么很有可能会有一些反物质留在宇宙中，形成反物质世界。

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在浩瀚的宇宙中，如果某个地方有反物质世界，那里有生物和文明，他们的感受也会和我们一样。不同的是，那里的正物质很少，他们会认为自己世界的物质是正的，而我们这样的物质是反物质。
那么如果未来发现反物质世界，人类能在上面开矿吗？我认为这也是不可能的。因为反物质和正物质根本无法接触，第一次接触就会湮灭，所以人类世界很可能永远不会遇到反物质世界，永远无法开采反物质矿藏。
反物质会被恐怖分子用作威胁人类的武器吗？作为一种武器，反物质的威力是任何物质都无法比拟的。因此，在科幻文学和电影中，经常描述反物质被一些反人类的恐怖组织掌握，他们用反物质威胁政府，如果不符合条件就毁灭世界。
反粒子在地球上很常见，也就是我们人体和很多动植物，比如香蕉，都会产生反电子。这是因为钾-40的衰变会释放正电子，而钾-40在人类、香蕉等动植物体内的存在会不断释放正电子。我们所有的正物质的电子都是负电子，而正电子是反物质粒子，在产生的时候会和负电子一起湮灭。

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电子湮灭也释放所有能量，但单个电子的能量太小。电子的质量约为9.10953 * 10-31kg，根据质能方程释放的能量相当于8.1 * 10-14j，即100万亿分之一瓦的能量。即使正负电子湮灭释放的能量只有50万亿分之一瓦，人们也完全感受不到。
因此，即使地球上所有的动物和植物都会释放正电子，人们也无法探测到这些粒子级湮灭。要知道针尖上可以排列着数十亿个电子，而空之间的一切都是正物质，比如空气体、水、土壤等。当单个电子出现时，它们被正物质湮灭。
因此，虽然反物质粒子在地球上广泛存在，但总量太稀少，因此很难捕获或制造反物质，也很难保存。科学家们用了几十年的时间，使用最顶尖的科技和设备，世界上捕获和产生的反物质只有17ng(纳克)，也就是十亿分之一点七g，所有湮灭的能量都烧不到一杯开水。

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目前，地球上科学家产生或捕获的极少量反物质是由磁阱控制的，即产生磁阱，这些反物质粒子被约束在这个阱的中间，从而不允许它们接触任何物质。此外，还创造了接近绝对零度的极低温度(低于-272.65℃)，使得这些粒子的动能可以降到最低，这些反物质粒子也可以勉强保留一段时间。
起初，科学家获得的反粒子只能保持几毫秒，但现在它们可以抑制最长的反氢原子，只能保持1000秒左右。所以，恐怖分子要让反物质烧开一杯水比升天难多了。没有人有能力用反物质毁灭世界。
那么未来反物质有可能泛滥吗？根据科学家的计算，只有在世界上最大的欧洲大型强子对撞机连续运行了1000年之后，才能敲除1微克(微克)的反物质，也就是1克的百万分之一。这能量有多大？1微克反物质和1微克正物质湮灭，可以释放2微克能量。根据爱因斯坦的质能方程，可以得到1.8 * 10 ^ 8j的能量，相当于50度的电能，或者43公斤TNT的爆炸能量。
大家应该都知道50度电是干什么的吧？而且43公斤炸药的威力和小炮弹差不多。

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要知道这是世界上最大的对撞机，反物质要连续运行1000年才能获得。这要花多少钱？有资料显示，欧洲强子对撞机10小时需要120 MW的电量，也就是1.2亿kWh 。按照美国每千瓦时10美分计算，将花费1200万美元，平均每小时花费120万美元。
每年约需8766小时，连续运行1000年后为8766000小时，约需用电105万亿千瓦时，总成本约10.5万亿美元。这只是1ug反物质的电费，相当于美国半年左右的国内生产总值。如果生产一克反物质，仅电力一项就要花费约1052亿美元。
这是什么概念？目前全球国内生产总值(GDP)为87亿美元，制造1g反物质的电力成本需要全世界人民工作12亿年。
大型强子对撞机的运行远不止电费，还要耗费大量的科技资源、人力物力，以及设备损耗、维护制造等，无法计算。而且反物质捕获或者制造保存是一个技术含量很高的问题，只要有钱是无法实现的，大多数人都无法靠近。
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