反物质和暗物质有什么区别 暗物质和反暗物质的区别

反物质和暗物质有什么区别 暗物质和反暗物质的区别

网友提问:

反物质和暗物质有什么区别?

优质回答:

我的回答是:它们是两种不同理论构架下的产物,并且反物质已经被证明是实实在在存在的,而暗物质还处在苦苦搜寻的过程中。

反物质

反物质是正物质的反状态。反物质是由反粒子构成的,反粒子与粒子相比,所有的性质都相反。例如,电子的反粒子是正电子,与电子质量相同,但电性相反,即带正电。类似的还有带负电的反质子。当正反粒子相遇时,会发生湮灭,正反粒子消失,转化为光子。因此,当正反物质湮灭时,会释放出巨大的能量。下图展示了正负电子对的产生。

反物质已经被证实其存在。除了正电子之类的反粒子之外,欧洲核子研究中心已经宣布制造出了一定数量的反氢原子——由反质子和正电子构成。而天文望远镜也观测到几千光年外的一个反物质“喷泉”。

暗物质

暗物质是一种预言或间接推断的物质形式。它不发光,也不反射光,因此无法直接观测。一般认为暗物质由具有质量和弱相互作用的粒子构成。在天文观测中,经常会有疑似的星系运动与引力不匹配的现象,例如仙女座星系和银河系的相向运动速度,与通过引力计算出的结果相差甚远,于是科学家认为这是由于星系中存在大量的暗物质,使引力增加了。

另外,暗物质还是大爆炸宇宙模型中不可或缺的一部分,如果没有暗物质,宇宙的总质量会大大降低,模型会不成立。但是由于暗物质的“惰性”,至今还没有被直接观测到,所以,暗物质是否存在还是个未知数。

一个特例:轴子

轴子是弦理论预言的粒子,是一种非常轻的粒子,在大统一理论中有重要作用。如果轴子存在的话,它的反粒子就是它本身,因此既属于反物质,也属于暗物质。同样,轴子至今也没有被观测到。

其他网友回答

我们在平时经常会听到反物质,暗物质,暗能量等词汇,这些其实都是物理学中的概念。那它们之间有什么区别,又和我们这个世界的一般物质有什么关系呢?

今天,我们就来说说这个问题。

宇宙大爆炸

如果这个事情要进入溯源的话,那其实需要追溯到宇宙的起源。按照目前主流的科学理论,我们知道,宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸。

但是可能很少人知道,正是由于大量的粒子物理学家加入到研究这个宇宙学的问题,才使得这个理论可以在近100年来被创建出来,并逐渐成熟。要知道粒子物理学家可都是研究微观世界的物理学现象,是我们如今认知的最小尺度,而宇宙则是最大的尺度。明明两者是一大一小,照理说应该完全是两码事,但实际上它们却是一码事。

具体来说是这样,宇宙大爆炸之后,在极其短的时间内,空间开始膨胀。此时的温度极其高,随着空间的膨胀,温度也在逐渐下降。

最早宇宙是处于纯能量的状态,宇宙空间中充满着高能的光子。这些光子之间会发生相互的碰撞。只要能量足够大,这种碰撞就足以产生一对正反粒子,比如:正反质子,正负电子等。这些粒子其实都是在不同的温度环境下产生,我们也把这个温度称之为阈值温度。

正如上文说到的那样,光子的对撞产生的是一对正反粒子,这些正反粒子之后还会相互碰撞,发生湮灭。比如,一对正负电子湮灭,就会完全转化成光子。

科学家发现,在宇宙的早期,每10亿对正反物质粒子对撞湮灭后,都会留下一个正物质粒子。比如,每10亿对正反质子对撞湮灭后,都会留下一个质子,每10亿对正负电子对撞湮灭后,留下一个电子。

我们这个世界如今的可见物质就是正物质,也就是如今的都是那个时候的“幸存者”构成的。而反物质其实就是会与正物质湮灭的物质。

那反物质又和暗物质有什么关系呢?

暗物质

宇宙诞生之后,一直处于膨胀状态,大概在宇宙大爆炸后2亿年,恒星就出现了,后来逐渐有了星系,然后如今宇宙中的各种天体。我们知道,天体会绕着另外一个天体运动其实是因为万有引力定律。这是牛顿提出来的,万有引力和天体之间的距离平方成反比,与质量成正比。

就拿地球来说,按照牛顿的理论,地球应该是有个初速度的,然后绕着太阳转,如果地球的速度再快一点,按照理论,地球轨道就要再向外扩一点。这应该如何理解呢?

我们都看过链球比赛,运动员会把链球甩起来,最后抛出。当运动员把链球甩得越快,他要抓住链球的力量就需要更大一些,否者就会把链球甩出去。

太阳拽住地球也是这个道理,而太阳依靠的就是万有引力。

可是天文学家就发现,在许多大星系中,通过理论计算,就发现远离星系质心的恒星没有引力距离远了,运动速度减慢。用链球的例子来看,就是说运动员把链子变长了,甩得还那么快,可是用的力还是那么多,这其实是很不符合理论的。实际上,运动员要提供额外的拉力,才能拉的住。而星系也是需要提供额外的引力才能拉住这些恒星。

也就是说,科学家发现了理论和测量之间的差别特别大。那到底是谁提供了额外的引力呢?

科学家就提出了暗物质的想法。那应该如何理解呢?

在我们这个宇宙中,如今我们知道一共存在着4种基本作用力,分别是强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用和引力相互作用。其中强相互作用和弱相互作用是作用在原子核的层面。因此,在日常生活中,我们所接触的作用,不是引力就是电磁力。

弹力,支持力,摩擦力的本质其实都是电磁力,甚至包括我们观测天体,实际上是光子进入到了眼睛里,或者观测仪器上,和眼睛或者观测仪器发生了电磁相互作用,我们才能够看到的。因此,如果物质不参与电磁相互作用,我们就无法看到它。

科学家认为,暗物质就属于不参与电磁相互作用,但是参与到引力相互作用的物质。因此,它其实存在于星系的内部,提供引力,但由于我们观测不到它,因此,没有把它提供的引力计算在内,才会出现上文提到误差。

因此,暗物质和反物质其实是两种完全不同的东西,反物质和正物质会发生湮灭,而暗物质粒子则是因为不参与电磁相互作用,所以可以直接穿越正物质。

根据科学家的计算,科学家发现暗物质在宇宙中的总量是可见物质的6倍。正是它们的存在,才使得星系不会分崩离析,所以,它们其实也可以被认为是星系的粘合剂。

这就意味着我们其实是被暗物质包围着的,我们的身体时时刻刻都有暗物质粒子穿过,而我们不得而知,如果这些暗物质粒子全部换成和我们直接对应的反物质,那整个宇宙就会处于湮灭的爆炸中。

总结

暗物质和反物质其实是两个完全不同的物质,反物质会和与其对应的正物质发生湮灭,转化成电磁波。而暗物质提供的是提供引力,但不参与电磁相互作用,它不会和物质发生湮灭作用。

其他网友回答

反物质和暗物质有什么区别?

这是完全不同的两种存在。先说说反物质。

顾名思义,反物质就是反的东西,假定我们生活中的一切都是“正”的,那么“反”的就是与我们生活“正”的相反的,如反电子、反质子、反原子,以及由这些反原子组成的反物质,如反人、反地球等等。

但这些反物质遇到正物质的时候,就会湮灭,在湮灭中爆发出巨大能量。

这种爆发被认为是迄今为止最完美完全的质量能量释放,是最干净彻底的能量爆发,符合爱因斯坦质能方程智能转换规律。

爱因斯坦质能方程为:E=MC2

根据这个方程,我们可以计算出1克的质量完全释放可以得到90000000000000(90万亿)焦耳的能量,相当于2500万度电,或者21510吨TNT炸药威力。

反物质与正物质湮灭是同质量进行的,因此1克反物质与1克正物质湮灭的能量就是180万亿焦耳。

反物质在我们世界存在十分稀少,所以才能够让我们这个世界稳定。否则岂不随时都湮灭了?

再来说说暗物质。

暗物质是上世纪发现宇宙中充满着的一种看不到的物质。

要知道,人的眼睛能够看到东西,是因为物体有光线或者反射光线,暗物质既不发光也不反射光线。

而且这种物质几乎不与任何其他的物质发生作用,这就没有办法测量了。

但这种物质又是确确实实存在的,因为它有引力作用。

我们宇宙的所有天体都是在万有引力的作用下运行的,星系也是由于引力作用而凝聚在一起。

但大量的天文观测中发现,一个星系可见质量不足以使星系保持现在这种样子,与牛顿万有引力定律不符,其中必有一种力量在发生着主导作用。

这种现象,只能假设有某种看不到的物质在发生作用,才能够得到解释。

科学家们观测研究了近百年,还是没有看到这种物质。他们把这种看不到的物质称为暗物质,这就是暗物质的由来。

经过计算,暗物质占有宇宙全部物质总质量的85%,可见物质只占有总质量的15%。

进一步研究发现,宇宙总质能中,可以看到的物质只占有总量的4.9%,暗物质占26.8%,暗能量占有68.1%。

现代天文物理学研究认为,暗物质主导着宇宙星系之间的引力平衡,而暗能量着是宇宙膨胀的主要力量。暗物质和暗能量的较量,决定着宇宙的走向和归宿。

反物质怎么来的,今后有什么走向。

反物质的产生关系到宇宙是怎么来的这个根本问题。

量子力学认为,在真空量子泡沫中,充满着不确定性的能量涨落,这种涨落本来是正负平衡的,也就是虚粒子是正负相等成对出现的,一出来就很快相撞湮灭。

但某种不平衡导致残留了一部分正物质,这就产生了我们的世界。

现在我们的世界是正物质世界,虽然到处都有极微量的反物质出现,这些都是粒子级的,对我们世界没有什么影响。

但也有理论认为,在宇宙某个角落,存在着反物质世界,当正反物质世界遇到一起时,就是末日,会湮灭得一点残渣也不留。

现在研究反物质,更重要的是利用其巨大完美的质能转换。

如果能够找到或制造出足量的反物质,而且能够利用它,就能够获得最顶级的能源,使人类文明升级到新的高度。

反物质制造是十分困难的事情,全世界科学家研究了几十年,捕捉到的反物质还不够烧开一杯开水,而耗费的财力则以万亿美元计,人力物力更是无可估量。

最难办的还是反物质非常难以保存,因为一遇到正物质就湮灭了。现在主要采用的超低温磁力阱技术,将粒子级的反物质拘束在低温磁力阱中,不让其接触任何物质。

因此反物质的研究还任重道远。

暗物质研究进展。

暗物质到底是什么,人类一直想捕捉到这个有隐身法的鬼怪。

2015年,中国科学院发射了一颗叫“号”的暗物质粒子探测卫星,寓意依靠“孙猴子”的火眼金睛让这个鬼怪现出原形。

但迄今为止,除了发现一些高能射线,并没有得到暗物质存在的直接证据。

世界上许多国家研究机构都想了种种办法来探测暗物质,比如在数千米地层深处就有数十个高端探测装置,企图捕捉到某个暗物质撞击到原子的踪迹;太空中发射了不少卫星,企图分辨出暗物质湮灭的高能射线;大型对撞机也作了无数实验,看看有没有暗物质特征新的粒子出现。

经过百年探索,科学界已经给出暗物质的基本特征:参与引力作用;高度稳定;不参与电磁作用;运行速度远低于光速。

因此暗物质不属于我们目前发现的任何粒子,包括中微子。

现在科学界锁定了“轴子”进行研究,看是不是暗物质的组成。这种“轴子”是一种非常轻的中性粒子,其本征态与暗物质中的暗物质粒子似乎存在着很强关联性,需要通过探索来肯定或者排除。

但“轴子”本身也还是一种天体粒子物理和凝聚态物理的预言存在,认为是一种自然界存在的亚原子粒子。

就像反物质研究一样,暗物质的研究同样任重道远。

反物质和暗物质都是现代物理学最前沿的研究课题。

反物质和暗物质都与宇宙的起源和今后的走向有重大关系,而且也对人类文明发展有着至关重要的影响。

不管谁在这两个方面有所突破,都将毫无悬念的得到诺贝尔物理学奖,且为今后科学研究道路树立一个里程碑。

就是这样,感谢阅读,欢迎讨论。

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其他网友回答

反物质和暗物质有什么区别?虽然都有物质两个字,但这两者的区别真的有点大……

反物质最早是英国物理学家保罗·狄拉克根据电子的相对论性方程——狄拉克方程预言的一种反粒子。由于在狄拉克方程中存在负能解,为了解决这个问题,狄拉克提出了狄拉克海和空穴理论。

他的理论指出,根据量子力学的不确定性原理,真空并非真的什么都没有,真空存在负能态,但是所有的负能态都被电子所填满,使整个真空的总能量为零,但它实际上并非空无一物的真空,而是填满了电子的负能海洋,这个电子海洋就称为狄拉克海。由于真空中所有的负能态已经被填满了,电子无法通过跃迁到更低的能态从而释放能量,因此,虽然真空中充满电子,却没有任何自发产生的能量释放。

如果需要从狄拉克海中激发出一个电子,则至少需要输入电子静止质量两倍以上的能量,当这一能量从负能空穴里激发出电子时,会留下一个负能态的空穴,而这一输入的能量需要同时把这空穴填满,由于被激发的电子具有负电荷,根据电荷守恒,空穴里的电子则需要是带正电荷的电子,这就是我们现在所说的电子的反物质——正电子。

在狄拉克根据理论做出预言后的两年,即1932年,美国实验物理学家卡尔·大卫·安德森在穿过云室的宇宙射线中发现了正电子。这种正电子质量跟电子差不多,但在磁场中偏转方向与电子相反,意味着它拥有与电子相反的电荷。安德森因此获得了1936年诺贝尔物理学奖。

其实在安德森之前,我国的物理学家赵忠尧在1930年就已经在实验中发现了正负电子湮灭的现象,可惜这一发现并没有被诺贝尔奖委员会认可,从而错失了一个诺贝尔奖。

随着后来理论的发展,反物质已经不限于狄拉克所预言的正电子了,理论上所有的费米子都存在其反物质,一般认为反物质的所有性质都有普通物质相反,比如电荷、自旋等……

暗物质则是另一个玩意,它也是30年代发现的。1933年,美籍瑞士天文学家弗里茨·兹威基在研究后发座星系团的星系速度时发现测得的星系速度所需要的星系团质量是已知光度质量的10倍。也就是说该星系团的运动质量(根据星系绕转运动测得的质量)是其光度质量(根据发光天体的光度测得的质量)的10倍。有大量的质量缺失了。

随后对银河系外围恒星的公转速度的测量同样发现了问题,根据万有引力的距离平方反比定律,外围恒星的公转速度会随距离中心的半径增加而降低,但实际测量到的结果却没有降低。最后科学家只有提出一种不可见的物质提供了看不见的质量,这种看不见的物质就是暗物质。

由于看不见,这种物质可以确定是不参与电磁相互作用的,跟反物质的性质完全不一样,因为带电物质的反物质是参与电磁相互作用的。

另一方面,暗物质很可能不参与强相互作用,否则我们宇宙的氢的丰度可能不是现在这个数值。它可能参与弱相互作用,唯一可以确定的,是它肯定参与引力相互作用。

其他网友回答

经常关注宇宙学得朋友,肯定都看到过反物质、暗物质和暗能量,这三个物理学中的词汇,除了这三个还有一个普通物质,它们一起构成了宇宙中以前存在、现在存在的所有物质/能量形式,其中的反物质在目前的宇宙中,据我们观察并不存在,而暗物质、暗能量、普通物质依然充斥着宇宙空间,组成了我们当今的宇宙。

那么什么是反物质、普通物质、暗物质和暗能量呢?以及当今的宇宙中为何不存在反物质?它们去哪了?今天就说下这个问题。

什么是普通物质?

我为何要把普通物质放在最前面,首先介绍呢?原因就是普通物质最简单、我们也最容易理解,因为我们人类自己本身,包括我们目前能在地球上、宇宙中看到的一切事物,都有有普通物质组成的。

在宏观尺度上看,一些物质的结构/集合,包括你手上的手机、面前的办公桌、水杯、呼吸的空气、脚下踩的地球、家里的宠物、以及更大尺度上的地球、太阳系、银河系、星系团都有我们所说的普通物质。这些物质,我们看得见、摸得着所以一点也不奇怪和陌生。

从微观的尺度上看,所有的普通物质都有由原子/分子构成的,而在原子之下,就是亚原子粒子,包括:轻子(e-、μ-和τ-以及三个对应的中微子)、重子(中子和质子),其中重子不是基本粒子而是复合粒子,在它们之下就是六味夸克和8个胶子。总的来说,上图标准模型中的粒子,夸克、轻子、玻色子这些基本粒子就构成了我们所看到的普通物质世界。当然,你和我也是由这些基本粒子构成的。这就是我们普通物质世界,很好理解吧。

接下来说反物质

我把反物质放在物质之后是因为从字面上来说,你应该能够理解反物质其实就是组成我们普通物质世界的一个反面,所以接下来说反物质,应该也很好理解。

反物质目前在我们的宇宙中,据我们的观察是不存在的(后面会说原因),所以我们发现反物质之前在宇宙中存在过肯定不是通过观察得出来的结论,而是先通过理论预言出来的,上实际20年代,狄拉克在它的方程中首先预言了反电子的存在,随后在30年代,安德森在云室中发现了反电子的运行轨迹,验证了狄拉克的预言。至此我们就直到了我们的普通物质世界存在一个反世界版本。

就拿电子来说,在我们的正物质世界中,电子带有一个负电荷、自转为1/2、质量为0.511Mev/c^2,轻子数为+1,那么电子的反物质版本,正电子其质量和电子一样,但自旋相反为-1/2,且带有正电荷,轻子数为-1,也就是说正电子和电子相比较,电荷相反、自旋相反、轻子数相反,其他的任何行为都是一样的。从以上的性质就可以看出来,正电子就是电子的镜像。

由于电荷不同,因此正电子和电子在磁场中发生偏转的轨迹就不同,这就是上世纪30年代安德森发现正电子所使用的原理,假如电子往左偏转,那么正电子就会往右偏转。在我们发现正电子以后,反质子、反中子、反夸克相继被发现。

这就说明了,在标准模型中的所有粒子都有自己的反版本,当然玻色子,例如光子、胶子它们的反粒子就是自己本身。

那么这些反物质去哪里了?

物质世界反版本的发现,让我们之前认为的宇宙中重子数和轻子数守恒的想法被击破,因为在反物质被发现之前,我们认为一个原子核中的质子和中子虽然可以相互通过β+和β-衰变来互相转换,但不论怎么变,原子核中的重子数都是守恒的,也就是说宇宙质子和中子的数量加起来是不会发生变化的。

但是反物质的发现就打破了这个认知,因为反物质有着和物质相反的重子数,它们相遇以后就会发生湮灭,并且以光子的形式释放出能量。也就是说,正物质和反物质相遇就会变为纯能量,这个过程也是可逆的(高能光子相撞可以产生正反物质)。这样一来宇宙中的重子数和轻子数就不是守恒的了,它们也可以被创造和毁灭。

重子数和轻子数的不守恒,其实对我们理解宇宙起源来说是一件好事,因为这样我们就能解释宇宙中的物质是怎么来的,如果宇宙中的重子数和轻子数是守恒的,那么一开始宇宙中没有任何的重子和轻子,它们的总数量为0的话,我们是没有办法解释物质的起源问题。

你看,在宇宙诞生初期,在一定的温度下,能量会自发的产生物质和反物质,并且这些正反物质会互相湮灭又变为了能量,在这个过程中宇宙中的重子和轻子数是守恒的,但是由于我们目前还不清楚的某种机制,导致了宇宙在一定的能量下,打破了重子和轻子数是守恒的规律,造成了正物质和反物质数量的不对称,其中正物质粒子比反物质粒子在数量上多了10亿分之一,那么随着宇宙的碰撞冷却,能量也不再足以自发的产生正反粒子对,那么接下来反物质在和正物质烟灭后,多余的正物质就被保留了下来,这些物质就构成了我们现在看到的宇宙中的一切。

什么是暗物质?

上文中我们插入目前标准模型物质粒子的图片,在哪上面有正物质粒子有反物质粒子,但是就是没有暗物质粒子,这说明啥?意思就是,目前暗物质到底是什么鬼,我们并不清楚。标准模型中的粒子,并不能解释暗物质粒子的问题。

你看,上文中我在描述我们现在能看到的宇宙时,强调的是普通物质,并没有说成物质。这是因为,暗物质其实也算一种物质,它们切切实实的存在于我们当今的宇宙中,而且占了宇宙物质比例的85%左右,也就是说,我们宇宙中的所有物质,其中就有大部分我们并不知道是啥,我们只能看到15%的普通物质。

那么我们看不到暗物质,为何会知道暗物质存在呢?其实我们发现暗物质存在,并不是看到了暗物质,而是观测到了没有暗物质存在就不能解释的一些引力异常现象,也可以称为引力缺失,质量缺失。例如,星系旋转速度异常,星系团中的星系运动速度异常。这些异常现象就直接指向了在我们的宇宙中,还存在大量的我们看不到的物质形式,在默默的提供着引力。

那么为什么我们发现不了暗物质呢?原因就在于这种物质粒子,它们不参与电磁相互作用,也不参与弱相互作用,只能和引力互动,所以我们没有办法通过有效的手段去发现这些粒子到底是什么!也就是说,暗物质除了给我们普通物质世界提供引力以外,完全不会和普通物质发生任何的交互。这是我们目前不知道暗物质是啥的根本原因。

暗能量是啥?

暗物质和暗能量被称为两暗兄弟,从名字就可以看出来我们对暗能量也是知之甚少,我们目前只知道它是宇宙空间中存在的一种固有的能量,并且会在短时间内以正反虚粒子对的方式出现,然后瞬间湮灭,将能量归还给宇宙虚空。我们发现暗能量的原因是,随着我们对宇宙演化的理解,之前认为宇宙的空间会一直在引力的作用下发生减速膨胀,至于在未来膨胀速度能减到什么程度,这就要看宇宙最初的膨胀率和物质密度了。

其结果无外乎有三种可能:

引力在未来获胜,宇宙发生逆转收缩,在大坍缩的结局下终结

引力无法逆转宇宙的膨胀,宇宙会一直匀速膨胀下去,直到死寂。

引力和宇宙膨胀率处于临界值,宇宙不会膨胀也不会收缩。

但是我们在上世纪90年代通过对1a型超新星的观测发现,宇宙真实的膨胀情况并不是以上的三种可能,而是我们的宇宙正在加速膨胀,这就说明了在宇宙中还存在着一些我们未知的能量形式,在为宇宙提供着负压,拉扯着空间加速膨胀。这种未知的能量就是暗能量。

值得注意的是,这种我们不知道能能量形式,占了宇宙总质能的70%左右,也就是说,在我们的宇宙中,大部分的能量是一种我们不知道的能量形式,而我们的普通物质只占了总质能的5%不到。

以上就是我们宇宙中的能量形式,普通物质、反物质、暗物质、暗能量。不知道你看后有何感想!