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凭空造物可能吗？更确切地说，能量能转化成物质吗？

iseeyu2年前 (2024-12-22)推广121

可以，但它需要和它的兄弟——反物质相遇。关于反物质，有件很神秘的事：它的实际存在量比理论上要少得多。让我们先看一个迄今最著名的物理学方程：E=mc^2。它主要是说，质量是浓缩的能量，质量和能量可以互相转化，就像两种汇率差距巨大的货币。1克质量相当于90万亿焦耳的能量。但我具体该如何将能量转化为质量？关键是：能量密度。

如果你在一个狭小的空间中浓缩一大股能量，新的粒子就会产生。如果研究地更仔细些，我们就会发现，这些粒子总是成对出现，就像双胞胎。这是因为，粒子都有个副本，也就是反粒子，正反粒子的产生总是精确的1比1。

这听起来很科幻，但却是粒子加速器中的日常。欧洲核子研究中心CERN的大型强子对撞机中，两个质子相撞，每秒能产生数十亿粒子和反粒子。拿电子举个例子：电子的质量很小，带负电荷。它的反粒子，正电子，与它质量完全相等，但是带正电荷。不过除了电荷相反，两种粒子完全相同，也都非常稳定。比它们更重的粒子，质子和反质子，也是如此。

(图解：反物质被认为是一种由“反原子”组成，其中“反质子”和“反中子”会组成原子核，正电子则围绕在原子核周围；图源：nuclear-power)

科学家因此相信，反物质的世界看起来、摸起来、闻起来都和我们的世界一样。在反世界中，也许有反水、反金，还有，比如反大理石。想象一下，大理石和反大理石被放在一起。这两块看起来很稳定的东西将会完全消失，变成一大波能量。和原子弹爆炸相似。由于物质和反物质相遇能释放这么多能量，科幻小说中常常出现控制反物质中的能量，比如，用来驱动《星际迷航》中的飞船。

(图解：星际迷航里的飞船；图源：Vocal)

毕竟，反物质中的能量比常规燃料高了十亿倍。1克反物质的能量就足以让一辆车绕地球1000圈，或者把航天飞机送入轨道。那我们怎么还不用反物质来制造能量？因为反物质并不是随处可见，任由我们丰收。烧反物质前，我们必须先制造它们，而目前制造反物质消耗的能量比烧它们能得到的，多十亿倍。

但如果宇宙中就有反物质，而且有一天能被我们从某处的反行星上开采出来。几十年前，很多科学家相信，这的确是可能的。如今，观察发现，可见宇宙中，哪里都没有可观的反物质储备。

听起来很古怪，因为如之前所言，宇宙中，反物质应该和物质一样多。而反粒子和粒子应该以同等数量存在，那反物质去哪了呢？现在这真的是个迷。为了明白可能发生了什么，我们必须回头看看大爆炸。在宇宙产生的那一刻，巨大的能量被转化成了物质，而初始宇宙

包含了等量的物质和反物质。但一秒钟后，大部分物质和所有反物质同归于尽了，这带来了大量辐射，至今仍可观测到。初始物质中，只有十亿分之一留了下来，反物质则消失殆尽。你也许会说：“不对，等一下！为什么所有反物质都消失了，却有物质留下？”我们似乎很幸运，因为物质和反物质中，有一点点不对称。否则，宇宙中，就完全不会有任何粒子了，人类也就不会出现。

(图解：大型强子对撞机产生的粒子碰撞图源：CERN)

那这不对称又是怎么产生的？CERN的实验试图找出原因：为什么有物质留了下来，所以我们的宇宙不是只有辐射？但到目前为止，我们还不知道答案。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. TED-Ed-爱天文的Maddi-Tianshu Wang - Mingyu Cui

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