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什么是反物质
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。
物质为什么有温度
物质之所以会有温度,那是因为分子运动的结果。
温度是大量分子运动的宏观表现,微观表现为分子热运动,运动越剧烈,物质的温度就越高;反之亦然。
而有人就要问了?难道分子运动就会产生热量吗?
是的,我们都知道,物质里包括许许多多分子,当分子运动加剧时,彼此之间相互碰撞,将机械能转化为内能,所以表现为热量增加,因此物质的温度就会升高。而一旦物质中的分子运动减缓,就表现为物质的温度降低。
因此,按照这一逻辑,如果物质的分子运动低到极点,便会产生绝对零度。但根据科学家的研究,绝对零度无法达到,只能无限接近。因为在这一状态下,分子停止运动,从而彼此“粘”在一起,事实上,任何物质都不可能做到绝对的不运动。
总结任何物质有温度,是因为任何物质中都存在着分子运动。而真正的不运动的分子是不存在的,也就是说,绝对零度不可达到。
什么是暗物质
借悟空卫星的新发现,谈谈暗物质和发现的意义。我们的宇宙是由大量物质组成的,其中有正常物质和暗物质。我们现在可以认识的物质,包括宇宙中的各种星体,星云,我们地球上的各种物质,包括我们人类自己都是正常的物质。都是由电子,质子,中子以及其他基本微粒组成。
然而宇宙中大部分物质是暗物质,暗能量在宇宙中的比重达到70%。也就是我们目前无法理解和观测的物质占据了大部分的宇宙空间。
暗物质之间的结构和相互作用我们现在科技暂时无法去探测和研究。目前来看,暗物质是一种不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用的全新粒子。
虽然无法了解暗物质的具体情况,但是我们可以确实有暗物质的存在。
研究暗物质,我们只能用间接的方法来探测它。在宇宙空间中暗物质互相碰撞、湮灭时会释放宇宙射线,科学家就去观察这些过程后产生的痕迹,期待发现蛛丝马迹。通过精确测量,就可能会发现暗物质粒子的踪影。
比如这次我们国家的悟空”卫星首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在~1TeV处的拐折,该拐折反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力,其精确的下降行为对于判定部分(能量低于1TeV)电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。
此外,“悟空”卫星的数据初步显示在~1.4TeV处存在能谱精细结构。目前“悟空”卫星运行状态良好,正持续收集数据,一旦该精细结构得以确证,将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。
为我们的悟空点赞。
量子实验室,专注科学问题,欢迎评论和关注。什么是暗物质和暗能量
天文学家发现,在遥远的星系,存在着离心速度过大的情况。根据万有引力和离心力公式,天体的离心速度会随着距离的增大而迅速减小。然而,实际观测的结果却是,当距离增大到一定数值时,离心速度不再减小,近似为一个不变的常数。
对此异常的天象,有科学家假设,存在着看不见的暗物质。根据计算,暗物质的总量约是已知物质的5倍。不过,遗憾的是,寻找了几十年而未果。
在科学史上,凡是借助外在事物说明新的现象,总是以失败而告终。比如燃素说,就是用燃素来解释燃烧??现象,而实际上只是物质的氧化过程。又比如用灾变论来说明地球生物的现状,具有一定的偶然性,后来为描述生物内在变化机制的进化论所取代。
对于离心速度过大现象也是如此,应该从具体的物理机制入手。根据广义相对论,引力源的旋转会部分地带动其附近的空间转动。而离心速度是相对于空间而言的,所以实际的离心速度等于表观的离心速度减去空间转动的速度。
当距离增大,致使实际的离心速度趋近于零时,表观离心速度就等于空间的转动速度,近似为常数。所以,如果从天体内在的物理机制来看,就不需要额外地假设存在暗物质了。
至于假设暗能量的存在,是因为一方面宇宙正在加速膨胀,另一方面存在着万有引力。为了平衡万有引力,需要有约为物质2倍的暗能量。
由于宇宙只是自然界的一部分,是一个相对独立的封闭体系,所以决定宇宙膨胀的因素并不是万有引力,而是宇宙内外部空间的能量密度,即压强的比值。这一比值会随着宇宙的膨胀而发生变化,宇宙的膨胀应该逐渐减小,目前应该是相对静止的。
星系的普遍红移,因该另有解释如耗散红移,而不是运动红移。
由于量子空间的存在,由于背景辐射温度的发现,说明宇宙内部的空间是有能量的。单个量子的能量乘以空间量子的密度,就可以得出宇宙内部空间的能量密度,这实际上就是我们寻找的暗能量。
总之,暗物质和暗能量都是人为的假设。前者可以由具体的物理机制予以替代,而后者则是量子空间所具有的能量。
关于什么是反物质的内容到此结束,希望对大家有所帮助。