宇宙当中没有反物质，为什么人工可以制造？

2024年11月23日 08:51

有3个网友回答

网友（1）：

　　现在很多人对反物质这个玩意很感兴趣，但大多数人并不了解反物质，对这个世界上罕见的东西充满了疑惑，也有很多疑问。有的认为这个世界根本没有反物质，也有的认为有反物质还没有发现。对于人工制造出了反物质将信将疑，有的认为是谣言，有的认为是胡说，但也有人认为是真的。那么反物质到底是个啥玩意，人工到底制造出了反物质吗?反物质是怎么制造出来的?反物质真的能够毁灭世界吗?

　　下面我们就一起来探讨一下这些话题。

　　首先时空通讯可以肯定的回答：这个世界反粒子广泛存在，比如正电子、负质子、反氢原子等。但迄今为止发现的都是粒子原子层面的反物质，大块的反物质还没有发现。科学家们人工制造的反物质早就成功了，只是保存时间很短，量也很微小。

　　大家知道，世界上一切物质都是由粒子组成的，因此这些反粒子也被称为反物质。但迄今为止，无论是人造还是在宇宙中，都没有发现大块反物质的存在。因此科学界对这个问题有争议，有人认为宇宙中肯定存在着大块的反物质，甚至反星球、反宇宙;而持否定态度的人认为，宇宙中早已经不存在大块的反物质，如果存在那将是毁灭性灾难。

　　反物质的概念是英国物理学家保罗.狄拉克1928年提出来的，他预言，每一种粒子都应该有一个与之相反的反粒子，并首次论证了正电子的存在(在正物质中，电子是带负电的)。

　　实际上反物质就是正常物质的镜像。正常物质由带正电的原子核和带负电荷的电子组成，而反物质则是由带负电的原子核和带正电荷的电子组成。

　　从根本上说，反物质就是物质的一种倒转形式。反物质不仅所带的电荷与正物质相反，所有一切可以相反的性质刚好与正物质都相反。比如反电子的自旋量子数是-1/2，而不是+1/2。

　　反物质与正物质是一对天敌，要么老死不相往来，一旦遇到在一起就是毁灭，完全的毁灭，一点残渣都不留。这种毁灭的科学术语叫“湮灭”，就是瞬间释放全部的能量后，一切都灰飞烟灭，化为乌有。这种能量是一种双刃剑，既有恐怖的毁灭力量，又能够成为造福人类最优质最高效的能源。

　　反物质和正物质湮灭所爆发出来的能量，是物质转化为能量完全完美的转换和释放，符合爱因斯坦质能转换方程：E=mc^2。

　　也就是说1克反物质与1克正物质湮灭，爆发的能量是2克物质全部转换的能量，释放出的能量达到1.8x10^14焦耳，相当于4.28万吨黄色烈性炸药，也就是约3颗广岛原子弹的威力。这是迄今为止人类已知最高效的能量爆发，而目前已知次高效的能量是核聚变(氢弹爆炸或可控核聚变)，其质能转换率只有0.7%，只是反物质与正物质湮灭能量效率的约1/300。

　　大型强子对撞机高能碰撞产生的粒子轨迹

　　自从人类开始寻找反物质以来，反物质在粒子层面已成为常态，人类已经发现的300多种粒子都存在反粒子，反而是不存在反物质的粒子成了稀有之宝贝。

　　1937年，意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳预言了没有反粒子这种粒子的存在，被命名为马约拉纳费米子，它的反粒子就是其自身。科学界经历了80年的寻找，在2017年证实了这种粒子的存在，被命名为“天使粒子”。

　　从这个反证例子可以说明，反物质从粒子层面是普遍存在的。人工制造反物质的工作在科学界很早就开始了，但由于发现的反粒子都瞬间湮灭，很难深入研究。一直到2010年，欧洲研究人员才在大型强子对撞机里首次成功抓住了非常微量的反物质~反氢原子，当时保存时间只有0.17秒;2011年6月欧洲核子研究中心研究团队宣布成功抓取反氢原子达到15分钟;美国NASA科学家与宾夕法尼亚州立大学科学家联合研究，已经能够用彭宁离子陷阱存放1010个反质子达1个星期。

　　这些成果充分证明人工制造反物质粒子是成功的。

　　人造反物质粒子的难点就在于捕捉和保存反粒子。这是因为反粒子遇到正粒子就会极快的湮灭，而我们这个世界到处都是正物质，包括制造反粒子的容器，只要一挨着容器就会消失。要解决这个问题，就是设法放慢反粒子运动速度并把它们约束在一个不接触容器的空间。

　　亚普阱原理示意图

　　现在制造反物质的主要方法就是通过大型加速器、强子对撞机，用粒子高速轰击粒子的办法来取得反物质。而保存反物质的方法主要采用减速、低温和磁约束。

　　比如制造反氦-4，就是用两个接近光速的金原子核对撞，在不足万亿分之一秒的瞬间，在上万亿度的高温中，捕捉各种反物质的蛛丝马迹。

　　一对金原子碰撞理论上会产生500个粒子，这500个粒子里会有等量的反粒子，但很难观测到。通过10亿次碰撞产生的5000亿个粒子筛选，科学家们探测到了18个反物质氦-4原子核信号，从而取得迄今为止最重反粒子存在证据。

　　这个重大成果是中国科学家与美国科学家合作完成的，是反物质研究里程碑式的突破。

　　而保存反粒子却与制造反粒子相反，科学家们制造了减速器和极端低温(绝对零度高一点点)，使反粒子运动缓慢;并利用反物质带有电荷或有磁矩的性质，制造出彭宁离子阱和亚普阱，这些阱的主要原理就是通过特殊的磁场把这些反粒子约束在不接触容器的真空中，或拖延接触容器的时间。

　　国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS-02)

　　我们地球的磁场也类似某些反物质阱，这个地球“反物质阱”的最佳地点在地球表面上空350到600公里处，意大利一个科学团队利用宇宙射线探测器在那个区域发现了反质子带。

　　1997年4月，美国天文学家宣布他们利用伽马射线探测卫星，发现银河系上方3500光年处有一个不断喷射反物质的源头，喷射出的反物质形成了高达2940光年的“反物质喷泉”。这项发现和研究，中国也进行了参与。由此，进一步证明了大量反物质在宇宙中存在。

　　2011年5月，中国科技大学与美国科学家合作制造了迄今最重的反物质粒子~反氦4(反阿尔法粒子)，这是一个重大突破。要知道如果发现宇宙中有这种粒子存在的话，就很有可能存在着大块反物质甚至反星球。

　　为了捕捉宇宙中有没有反阿尔法粒子存在，2011年美国将一个阿尔法磁谱仪(AMS-02)送上了国际空间站，在400公里高空这个最理想的位置探索反物质乃至反宇宙是否真正的存在，当然还兼具寻找暗物质和探索宇宙射线的任务。这台精密仪器将会在天上运行几十年，如果发现了反阿尔法粒子，这个世界很多重大理论都要改写。

　　大型强子对撞机

　　目前，人类制造反物质不是有没有的问题，而是多和少的问题。

　　人类制造反物质所需能量巨大，因此用反物质来充当能源还只能是一个梦想。现在全世界科学家研究这么多年花费了无数的人力财力和能源，制造出来的所有反物质加起来只有约十亿分之一克，还烧不开一杯开水。

　　据测算，凭目前的水平，制造1克反物质就需要大约25×10^15千瓦时的能量，即使按每度电成本0.01美元计算(7分钱人民币)，制造1克反物质也需要250万亿美元。全世界2017年国民生产总值才80.68万亿美元，制造1克反物质的成本相当全世界国民生产总值3年的总和。这个成本是惊天的，无比昂贵的，

　　凭人类目前的制造能力，是没有办法也没有资本来制造大量反物质的，因此担忧用反物质毁灭世界的人们完全可以放下心来。

　　综合以上分析，这个世界反物质的基本组成~粒子和原子是广泛存在的，而且也是能够人工制造的。但大量成形反物质还没有发现，是否存在还是个未知数，只能继续的探查，要知分晓还需耐心等待。

网友（2）：

这就说明了我们人类是非常聪明，可以利用很多的东西来组造出其他的物质。

网友（3）：

因为这些东西的存在对人类的影响不大，并且人类可以通过一些特殊手段制作出来。

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