Question

什么是反物质？

Answer 1

我们的宇宙都是由物质组成的，而物质又是由各种原子组成的，原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成，但这些都是真常物质，而反物质就是这些正常物质的反状态，可以说我们宇宙中的任何物质都有和它对应的反物质。

正电子是电子的反物质，负质子是质子的反物质，这些物质和正常的电子质子质量完全相等，但是电荷完全相反，这就说明反物质和正常物质一旦发生接触就会瞬间湮灭进而产生巨大的威力，因此很多小时和影视作品中都把反物质作为终极武器，号称几克反物质就能摧毁地球，但这不过是夸张而且，计算表明一克反物质的爆炸威力相当于4.28万吨TNT，最多毁灭一座城市。

最早预言反物质存在的是狄拉克，当时他在1928年理论上预测了正电子，1932年物理学家安德逊第一次在实验室中发现了正电子，再后来人类就能用加速器等设施人工制造反质子能反物质了，但目前制造的反物质都是非常微小而且死贵死贵的，不足以造成威胁。

但人类确实对反物质十分着迷，因为它是比可控核聚变更为强大的能源，甚至有可能是我们宇宙最强大的能源，因为它可以把100%的质量完全变成能量，而现在的氢弹质能转化率只有0.7%，未来人类如果能把反物质用在宇宙飞船上，那么理论上宇航速度完全可以达到接近光速。

我国目前准备建造的大型对撞机目的之一就是大批量的生产反物质用于科学研究，不过这种大批量还是原子级别的大批量，所以也只能用于科学研究。

反物质不仅在宇宙中存在，在地球中也存在，科学家已经在实验室中制造出了10的负17次方克的反物质，所谓的反物质就是与正物质相反 的物质，正物质就是我们日常生活中接触到的物质，比如带有正电的质子和带有负电的电子，这些都是自然状态下它们固有的属性，而反 物质就是带有负电的质子和带有正电的电子，刚好颠倒，应该比较好理解。

在2009年的一部电影《天使与魔鬼》中就是围绕反物质来自展开的，反派企图从欧洲核子中心偷取反物质来炸毁梵蒂冈，电影《星际穿越 》中主角一行的航天器运行的能量就是由反物质提供的，可见反物质不仅稀少，而且还具有相当大的威力。

当反物质与正物质相撞的时候会发生 湮灭反应，正反物质湮灭百分百得转化，质能转化率100%，而氢弹的质能转化率不会超过3%，由此可见反物质应该是同等条件下能够释 放能量最大的物质，根据科学家的计算1千克的反物质相当于当量4000万吨的氢弹爆炸所释放的能量，相当于10枚氢弹爆炸的能量，据说通 古斯大爆炸可能也是反物质引起的，1908年在俄罗斯的西伯利亚地区2000多平方公里的8千万颗树木被烧毁，这次爆炸相当于2000万吨的 TNT爆炸所释放的能量，而500克反物质就可以造成这样的效果。 很多人担心反物质会毁灭世界，其实完全不必杞人忧天，中国在2016年上海的光机所实验室中曾制造出正电子，但是数量及其稀少，就算 发生正反物质湮灭，所释放的能量连一壶水都烧不开。实验室中通过撞击气体靶产生每5000亿个原子中仅有不到10个反物质，全球科学家 经过将近20年的努力也没有制造出1克反物质。

普通物质由普通原子组成，普通原子由普通亚原子粒子组成，这些亚原子粒子包括质子、中子和电子。反物质的组成恰好与正物质相反，组成反物质的基本粒子为反质子、反中子和正电子。反粒子具有与其对应粒子相同的质量和电荷量，但所带的电荷正负性和自旋刚好相反。例如，质子带正电荷，而反质子则是带相同数量的负电荷，但这两种粒子的行为是一样的。如果正反物质相遇，它们会立即发生湮灭，并释放出大量的能量，其效率远高于核能。

虽然反物质和普通物质相类似，但在我们所生活的宇宙中，反物质极其稀少，科学家对此还未完全弄清原因。根据现有的理论，反物质与正物质随着大爆炸一同产生。但由于某种偏差，使得几乎所有的反物质都湮灭掉了，最终只剩下了普通物质。

科学家可以在实验室中制造出反物质，通过使用诸如大型强子对撞机等粒子加速器，科学家能以极高的速度使粒子之间发生碰撞，从而产生少量的反物质。粒子减速器可用于捕获和减缓反物质，以供科学家深入研究。

事实上，在我们的周围存在着天然的反物质。例如，来自外太空的宇宙射线不断把反物质粒子引入地球的大气层。此外，香蕉和人体也会释放出反物质。因为香蕉和人体中含有钾-40，这是钾的一种放射性同位素。随着衰变，它每隔一段时间就会释放出正电子。

由于反物质与正物质湮灭会产生巨大的能量，因此，反物质通常在科幻作品中被用于宇宙飞船的燃料。根据计算，一克反物质产生的爆炸相当于一枚核弹。

在现实中，制造反物质的成本非常高昂。据估计，制造一克的反氢原子所需成本高达上百万亿元。目前，地球上所有粒子加速器产生的反物质还不够煮沸一杯水。

关于这个问题，中国科普博览邀请SELF讲坛演讲嘉宾、中国科学院物理所研究员曹则贤来回答：

关于反物质，这是1928年英国科学家狄拉克，构造的相对论性量子力学，他为了解释构造相对论性量子力学的方程的结果，就构思了这样一个新的概念，认为可能存在着反粒子。

对电子来说，就存在一个质量和电子一样、但带一个单位正电荷这样的粒子。 第一个反粒子就是带正电的电子，那后来大家又发现质子有“反质子”。

在这个层面上，我们说的还是粒子与反粒子，那么如果说有一个原子或者是比基本粒子层面更高，到原子或是到分子这个层面上，都是由反粒子所组成的这样一个东西，叫做反物质。

比方说我们用一个反质子做原子核，外面绕着一个带正电荷的正电子，这样构成的氢原子，就叫做“反氢原子”。

目前我们科学家能在人类世界的实验室里面能构造出的反氢原子，其实现在它的寿命也只能到一千秒左右，因为反物质在我们的世界当中很容易就湮灭了。这世界上目前没观察到的、有宏观的反物质的出现，为什么我们的世界里面普遍是由质子、中子组成原子核，原子核外面是电子，构成正常的普通物质，而反物质那么少，这应该说是物理学的探测前沿，我们不知道为什么有这么回事。

反物质与正常物质非常相似。以氦气为例。

氦有两个电子(黄色)，两个中子(绿色)和两个质子(红色)。

现在让我们来看看反氦。

看上去很像对吧？但是现在，这个原子是反氦原子，这意味着它有两个正电子(黄色)，两个反质子(红色)和两个反中子(电荷仍然是0，但是与中子一样重子数为1，它具有负值，但电荷不受影响)。

既然质子和中子是复合的，那么它们是由什么构成的？正常质子有三个夸克，两个上夸克和一个下夸克组成，正常中子也有三个夸克，两个下夸克和一个上夸克组成。正如你所预料的，反质子有三个反夸克，两个反上夸克和一个反下夸克，而反中子有两个反下夸克和一个反上夸克组层。

反物质与其他反物质相互作用，就像物质与其他物质发生反应一样。两者都受到电磁力的影响，所以在理论上，有可能有反物质行星，甚至反物质生命。

那么，为什么我们不能探测反物质行星，甚至反物质生命呢？

让我们来看看当物质与反物质发生反应时会发生什么。

它们会湮灭，释放出伽马射线光子。换言之，能量产生了。如果有由反物质构成的遥远星系，我们就能用E＝MC^2探测到巨大的能量释放。

相反，你可能会感谢无中微子双β衰变。虽然它还没有被证实，但它可能是宇宙中有更多物质而不是反物质的原因。

总之，反物质就像带相反电荷的普通物质。

如果你有其他见解，可以在下方评论哦，我相信你的评论可以一针见血。

答：反物质指的是——与正常物质呈相反状态的物质！

一切基本粒子都有与之相反的粒子，这些反粒子，还会组合成其他粒子，甚至形成反原子，或者反物质世界！

其中，正常物质和反物质的相同点和区别如下：

（1）质量、自旋和磁矩的大小相同；

（2）电荷、自旋方向和磁矩方向完全相反；

科学家狄拉克，首先预言了反电子（正电子）的存在，不久后被证实，正电子是人类证实的第一种反物质！

除此之外，夸克、中微子、以及夸克组成的中子和质子等等，都有相对应的反粒子，但是光子的反粒子就是它本身。

当反粒子和正常粒子相遇时，会发生湮灭，然后100%地按照质能方程释放能量；这个能量释放是非常巨大的，质能转化率为100%，要知道在氢弹爆炸的核聚变中，质能转化率还不到1%！

目前，科学家已经能在实验室，制造出所有基本粒子的反粒子，甚至反氢原子也能在实验室里被制造；但是量是非常小的，而且反物质极难保存，因为反物质碰到正常物质就会发现湮灭！

比如在大刘的科幻小说《三体》中，韦德就利用环日加速器制造反物质，然后封装为反物质子弹作为武器，不过最后还是放弃了抵抗！

一说到反物质，我们立刻就会想到正物质，有了正反物质，我们还会想到暗物质，想到暗物质，自然而然也会想到暗能量，其实不管是正物质，还是反物质，暗物质，还是暗能量，他们都属于同一类问题。我记得这种问题，笔者回答过不止一次，有兴趣的可以去笔者的空间查看。在这里，我们就单刀直入吧，何为反物质呢？

一般情况下，通俗易懂的解释，反物质就是正物质的对立状态。例如正电子与负质子就是电子与质子的反粒子。正反粒子如果在特殊情况下相互碰撞，然后相互湮灭，最后产生巨大的能量。不仅如此，正反粒子的特性也是刚好相反，凡是你能想到的粒子特性都是相反的，包括最简单的电荷量相反。

至于暗物质和正反物质就有本质意义上的差别了，但是对一般不了解的人来说，这几种粒子看起来都差不多，很容易就给弄混淆了。其实也很简单，暗物质，顾名思义，就是不能直接观测到的物质，这种观测并不是说不能通过肉眼观测，而是说任何现代科学仪器都观测不到的物质，而且这种物质还能影响各大天体之间的的总质量，从而改变周边的引力。而这种物质就是暗物质。

暗物质的提出还要追溯到二十世纪三十年代。暗物质在宇宙中的总量达到了百分之26.8，而常规物质只占道百分之4.9，占的最多的是暗能量，占了百分之68.3 .暗物质与暗能量一样，都是不能直接通过测量仪器观测到的，他们的目前只存在于理论物理学家大脑里，或者演化的物理方程式当中，连数学表达式可能都不能完全描述。