反物质

    全美国不吃不喝需要18年才能买1克是什么？究竟是什么有这么值钱？有一个词儿叫反物质，知道它是什么的朋友，应该对本文很有兴趣，那么我们就来聊聊这个东西，什么是反物质？为什么反物质有这么值钱，反物质都去了哪里？

    带着这些疑问来探寻他的秘密吧。本物质我们可以简单的理解为是正常物质的镜像，它们是对称的，两者之间有一个非常重要的特性。当反物质和物质结合时，会相互湮灭抵消，并产生巨大能量。在我们看到的物质空间中，如果一个物体质量为100，那么在反物质空间质量为负100，这是一种平衡及物质变化，同时伴随反物质。能量无论变化与否，总和一直为零，宇宙大爆炸理论表明，爆炸产生的巨大能量创造了等量的物质和反物质。而问题就出现在这儿了，按理说等量的物质与反物质相遇，就会同归于尽。可是大爆炸之后的150亿年，宇宙仍然充满各种天体。所有这些天体都是由物质组成的，既然物质还在，那么反物质都去了哪里呢？一种说法是在宇宙的某些地方存在着有反物质组成的星系。还有一种说法是宇宙诞生时产生的物质比反物质多了一点儿。物质与反物质相互淹灭后，剩下的物质就构成了现在的宇宙，那么真相到底是什么？我们还得先从反物质的物理渊源说起。

    1928年物理学正处于重大改革。爱因斯坦提出了相对论，阐述了引力的本质，以及当物体接近光的速度运动时会发生什么情况。几乎同时另一群物理学家正在发展量子力学来描述粒子的行为。英国物理学家狄拉克试图将这两者联系起来，狄拉克提出了一个描述电子运动的数学方程式及狄拉克方程，这是一个既具有量子力学特征又满足狭义相对论要求的方程。在方程中核电子共同存在的还有另一种粒子，它并不是传统带负电荷的电子。而是奇怪的带着正电荷的电子，也就是电子的反粒子。

    1931年狄拉克预言了电子的反粒子及反电子的存在，他不仅提出质子及其他粒子。也应该有相应的反粒子，如果有，那么就有可能存在完全有反粒子组成的物质。这种就是反物质，这就是人类第一次意识到可能存在反物质。

    为了探索反物质之谜，科学家们主要采取两种途径获得它。一是借助于高能粒子加速器在实验室中制造反物质，从更多角度研究它。二是在宇宙中寻找反物质，目前在实验室中制造正电子。复制子等基本反例子已经实现，但除了反氢原子对于构成反物质的其他反原子，反分子太多，一无所获。另外反物质很不稳定，很容易和周围物质同归于尽，同时以伽马射线的形式释放出巨大能量。由于这些反氢原子处在物质的包围下，所以寿命极短。平均为一亿分之三秒，三十纳秒。可见在实验室制造可长期存在的反物质相当困难。

    所以迄今为止，人类只创造出极少量反物质。比如美国最大的高能物理研究实验室费米实验室，这里拥有目前世界上能量输出最高的例子。加速器，也就是著名的质子反质子加速器，它能将质子加速它接近光速，这个加速器创造出的所有反质子加起来只有不到15毫微克。而世界上最大的粒子物理研究中心，欧洲粒子物理研究所创造出的所有反物质只有一毫微克，在德国汉堡的德国电子同步加速器至今大约只有两毫微克的反电子被生产出来，如果人类历史上所有生产出来的反物质全部淹产生的能量甚至不足以煮开一杯茶水，究其原因，问题主要是处在反物质的生产和存储成本。还有生产效率上，生产一克反物质将需要2500万亿千瓦时能量和超过10万亿美元成本。由此我们不难想象人造反物质到底有多么珍惜，这也就是反物质为何这么贵的原因。

    科学家参考了对撞机的数据，估测宇宙早期可以产生多少反物质。可，之前给出的估计是每形成10亿个反物质的同时就会产生十亿零一个物质。这意味着宇宙刚诞生时差不多有一半儿仍旧是反物质，然而根据实验结果，宇宙刚诞生时的反物质质量只相当于一个普通星系，显然这和科学家估计的情况有强大的差异说明反物质的研究任务还很艰巨，宇宙到底有没有另一半儿？有的话他会在哪里？反物质和物质为什么有不同的行为？宇宙诞生之初究竟发生了什么事儿这些问题？仍尚待解决，可见浩瀚宇宙对于人类来说依旧深不可测，反物质不仅具有重要的科学研究价值，而且在军事上也有重要看过刘慈欣科幻小说三体三死神永生的读者一定对反物质子弹记忆犹新，只要发射一颗反物质子弹，就可以摧毁一座太空城。很物质武器就是利用反物质与物质湮灭能释放出巨大能量而研制的一种杀伤性。它具有两个显著的特点，一是威力巨大，仅仅一克反物质就相当于四千多万吨当量的核弹的能量。比当年生在广岛的那颗核弹要强两千多倍，二是没有放射性污染，相对干净。但其实单个反离子和粒子湮灭。释放出的能量并不大，要想实现三体里描述的威力，至少需要达到阿福加德罗常数6.02×10的23次方当量的反物质，而制造这些反物质将需要数百万年。

    而且贮存反例子也是件极其困难的事儿，所以目前制造反物质武器还不现实，不过反物质却已经在某些领域得到应用了，比如正电子发射断层显像树。正是利用正电子产生人体高分辨率的图像，一些人体中新陈代谢必须的物质。比如葡萄糖，蛋白质，核酸，脂肪酸，它们可以标记释放正电子的放射性同位素，在人体内的不同组织中，放射性元素释放的正电子和电子湮灭。可以产生用于构造图像的伽马射线，一些容易患病，高代谢的恶性肿瘤组织中。葡萄糖代谢旺盛，因此正电子聚集会较多，这些组织的特点就能够更详尽的通过图像反映出来。

    欧洲粒子物理研究所的科学家们也正在将反物质是治疗癌症的潜在手段，他们已经进行了多次反质子治疗癌细胞事件，这里拥有世界上唯一一个反质子减速装置。有了这个装置才能产生低能高品质的反制指数，由于物质和反物质粒子碰到一起时，他们就会湮灭释放能量，反质子癌细胞治疗实验就可以利用这一性质，这是入社的反质子和肿瘤细胞中原子内的一部分质子发生湮灭。而湮灭后释放出来的能量产生的新粒子可以接着破坏邻近的肿瘤细胞。

    目前的质子数治疗通常使用质子来摧毁病人体内的肿瘤细胞，科学家曾经比较了治疗癌症的实验。在实验中，科学家们分别用质子数和反质子数打击仓鼠细胞，结果显示，杀死同样多的癌细胞，反质子所需要的量只是质子的1/4，这样就显著减少了粒子数，通过正常细胞的量，由于反质子在杀死目标区域的癌细胞的同时较少影响健康组织。这种粒子数将在治疗复发癌症。具有很高的应用价值。

    科学家们希望下一步能检验人类的临床效果，不过这预计将会是十年之后的事儿。我们存在于物质世界，我们也发现了不稳定的反物质，其实还有个稳定的反物质世界等待我们去挖掘。

    如果我们的世界是两空间构成的，那么就存在崩塌的可能性，会是自然崩塌，科技发展崩塌还是其他可能的崩塌宇宙中有此现象不排除我们世界也会发生。很值得我们去思考这个问题，你对反物质的看法还有哪些？