科学交响曲乐章25：物质、暗物质与反物质

科学交响曲乐章25：物质、暗物质与反物质

物质：宇宙由物质组成，物质在不停运动。其状态给人信息，其能量可以利用。物质各有其质量，各占用一定时空。压力温度之作用，固液气三态形成。还有等离子状态，描述燃烧的情形。

在隔绝的体系中，任何变化或过程，总质量保持不变，即所谓质量守恒。不论是化学反应，还是原子核反应，只改变物质结构，其质量依然守恒。

千变万化的物质，有消失必有创生，其形态、结构变化，会使物质发生变异，或产生一定的能量（爱因斯坦相对论指出，质量与能量是等价的。）然而，若考察宇宙物质，质量守恒的意义，即物质不灭定律。

暗物质：宇宙中还存在暗物质，现已发现其踪影（参见乐章24-1）。与常规物质相比，其质量所占比重之大，令人们大为吃惊。

反物质：在粒子物理学里，反物质是反粒子概念的延伸，如同普通物质是由普通粒子所构成的，反物质是由反粒子构成的，。例如一颗反质子和一颗反电子〈正电子〉能形成一个反氢原子，犹如电子和质子形成一般物质的氢原子。此外，物质与反物质的结合，会如同粒子与反粒子结合一样，导致两者湮灭，且因而释放出高能光子（伽玛射线）或是其他能量较低的正反粒子对。正反物质湮灭所造成的粒子，赋予的动能等同于原始正反物质对的动能，加上原物质静止质量与生成粒子静质量的差，后者通常占大部分。（爱因斯坦相对论指出，质量与能量是等价的。）

反物质无法在自然界找到，除非是在稍纵即逝的少量存在（例如因放射衰变或宇宙射线等现象）。这是由于反物质若非存在于像物理实验室的人工环境下，则无可避免地随即与自然界的物质发生碰触并湮灭。反粒子和一些稳定的反物质（例如反氢）可以人工制造出极少量，但却不足以达到可对这些物质验证其理论性的程度。

在科学与科幻领域都有很大的疑问：关于为何所见的宇宙很明显地几乎充满了物质？是否有其他地方几乎充满了反物质？以及是否能够驾驭反物质？但在现今可见的宇宙范围中，明显的正反物质不对称性成了物理的最大难题之一。许多可能的物理过程都是在探究重子时所发现。