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反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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?

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。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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,才能拉得住。而星系也是需要提供额外的引力才能拉住这些恒星。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。

反物质和暗物质和我们常见的物质有什么不同?

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。

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