物质与反物质_科普之友

大家知道物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的，而原子又是由原子核和电子组成，原子核由质子等粒子组成。按照物理学中的等效真空理论，宇宙中的每一种粒子都应该有一与之对应的反粒子，它带有数值相等而符号相反的电荷，宇宙中有多少由质子，中子和电子结成的物质，就必定有同样多的反质子、反中子和正电子结成的反物质，宇宙中的正反物质应该是严格对称的。
　　
　　地球上肯定没有反物质，太阳系中也没有，因为如果太阳系中若有反物质，那么物质与反物质相遇而湮灭产生γ射线早已把我们烘干，通过几十年来的观测，天体物理学家已经确认：我们的星系和星系团以至包括我们的超星系团在内的大约离地球一亿光年的空间范围内是由物质组成的而没有反物质。但量子力学认为，各种基本量(如电荷和动量)是守恒的，宇宙创生时产生了物质，必然产生了相等的反物质。例如物质世界中最简单的氢原子是由一个质子和一个核外电子组成的，那么是否存在着由反质子和正电子组成的反氢原子呢?由于反物质所产生的光应该与物质是一样的，所以从光谱上无法确定反物质的存在，分辨物质和反物质的唯一办法是对所研究的星系物质进行物理检验，宇宙射线就是由超新星遗留物、恒星或别的天体碎屑放出的原子类物质，由反物质形成的宇宙线必定来自1亿光年之外的星系，它只占宇宙线的百万分之一。到目前为止，用各种方法所接收到的宇宙线中仅发现少量的反质子而没有发现反物质的存在。
　　
　　目前虽然发现和制造的反物质粒子并不多，但反物质的一种形式--正电子已经有了许多实际用途。例如正电子发射X射线层析照相术(PET)，医生利用PET扫描不仅能得出病人软组织的详细图像，而且能够观察他们体内的化学过程，其中包括在进行认识活动时大脑各部分消耗"燃料"的速度。
　　
　　反物质的一个潜在的且十分诱人的用途是利用来制造星际航行火箭的超级燃料。将氢和反氢混合湮灭来获得能量，那么这种燃料的1%克所产生的推力就相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料。
　　
　　物质和反物质这一物理体系给物理学家、化学家、天体物理学家带来一系列新的课题，同时也给人类带来新的憧憬。
　　