萬物皆由微觀粒子構成,微觀粒子包括原子和其組成部分——原子核和核外電子。一般來說,原子核由帶正電的質子和中性的中子組成,而電子則帶負電荷。然而,這些粒子的電荷屬性并非一成不變,事實上,電子和質子都有對應的反粒子。電子帶負電,而帶正電荷的電子被稱為正電子或反電子。同樣地,質子的反粒子是帶負電荷的負質子,也被稱為反質子。
反粒子的概念最早由著名理論物理學家狄拉克在1922年提出,并在1932年由安德森實驗證實。實際上,每種粒子都有對應的反粒子,除了一小部分粒子的反粒子與其本身相同外,大多數(shù)情況下,每種粒子都有帶相反電荷的反粒子存在。
中子有反粒子,但不是中子本身。或許有些人會感到困惑,中子不是電中性的嗎?那么反中子是什么呢?實際上,質子和中子都是由更小的粒子夸克構成的復合粒子,被稱為強子。因此,中子和反中子在本質上是不同的,反中子由帶有分數(shù)電荷的反夸克組成。
由反粒子構成的反原子組成了反物質,反物質構成的世界被稱為反世界。為什么我們的世界幾乎完全由普通物質組成,而不是反物質呢?科學家推測,這可能是因為宇宙在誕生之初普通物質比反物質稍微多了一點點。
目前,人類追求可控核聚變,但反應后只有0.7%的物質會轉化為能量,與之不同的是,正反物質相遇會發(fā)生湮滅反應,將物質百分百轉化為能量。因此,科學家將反物質能量稱為宇宙中的終極能源之一。許多科幻作品中的太空飛船利用反物質能量推進,實現(xiàn)極高的速度。如果反物質被用作武器,其威力將超過核武器。
盡管在自然界中發(fā)現(xiàn)了反粒子的存在,但由反粒子構成的物質卻尚未被發(fā)現(xiàn)?茖W家目前只能在實驗室中以巨大的代價制備出少量的反粒子,因此在短期內(nèi),人類無法利用反物質能量。
反重力是一種物理學上的假設,它是從牛頓的萬有引力理論中推導出來的概念。理論上說,如果物質具有反重力或反引力屬性,那么它將不受引力影響,可以在沒有能量或外力支持的情況下懸浮在空中。實際上,科學界長期以來一直認為反物質不存在反重力現(xiàn)象,只是一直缺乏可靠的實驗驗證。