Materia - chyba wiem, co to jest;) jakoś, przynajmniej intuicyjnie. Więc mogę to poczuć pod względem wagi, kiedy coś podnoszę. Można to wytłumaczyć grawitacją, która sama jest zdefiniowana przez definicję materii!
Czym jest antymateria?
Czy możesz mi to wyjaśnić ?
Czym więc jest antymateria?
Nawet z nazwy jest to oczywiście „przeciwieństwo” zwykłej materii, ale co to naprawdę oznacza?
Tak się składa, że kilka równie ważnych sposobów opisania różnicy. Jednak moim zdaniem najłatwiejszym do wyjaśnienia jest to, że w antymaterii wszystkie ładunki elektryczne na wszystkich cząstkach na każdym poziomie zostały zamienione.
W ten sposób zwykłe elektrony mają ładunki ujemne, więc ich odpowiedniki antymaterii mają ładunki dodatnie. Protony są dodatnie, więc w antymaterii otrzymują ładunki ujemne. Nawet neutrony, które nie mają ogólnego ładunku, nadal mają wewnętrzne części (kwarki), które zdecydowanie mają ładunki, a te również są odwracane.
Dla mnie najbardziej niezwykła cecha antymaterii nie jest tym, czym różni się od zwykłej materii, ale jak zadziwiająco podobna jest do zwykłej materii. Jest jak prawie idealne lustrzane odbicie materii - i nie używam tego wyrażenia lekko, ponieważ okazuje się, że zmuszanie zwykłej materii do stania się jej własnym lustrzanym odbiciem jest jedną z innych dróg, o których wspomniałem, wyjaśniając, czym jest antymateria!
Podobieństwo jest tak duże, że duże ilości antymaterii miałyby na przykład taką samą chemię jak zwykła materia. Z tego powodu nie ma powodu, dla którego cała żywa osoba nie mogłaby składać się z antymaterii. Ale jeśli zdarzy ci się spotkać taką osobę, na przykład podczas unoszenia się na zewnątrz statku kosmicznego nad ziemią, zdecydowanie zalecam, abyś był wysoce antyspołeczny. Nie podawaj im rąk ani nie zapraszaj ich do siebie, cokolwiek robisz!
Przyczyna jest związana z tymi zarzutami, a także z niektórymi powiązanymi czynnikami.
Wszyscy wiedzą, że przyciągają przeciwne zarzuty. Tak więc w zwykłej materii elektrony szukają bliskiego towarzystwa protonów. Lubią tam spędzać czas, tworząc wodór. Jednak w zwykłej sprawie okazuje się również, że są też różnego rodzaju bariery - lubię o nich myśleć jak o niespłaconych długach w bardzo rygorystycznym banku - które powstrzymują ujemne ładunki elektronów przed również blisko dodatnich ładunków protonów.
Tak więc, podczas gdy przeciwnie naładowane elektrony i protony mogą w zasadzie łączyć się ze sobą i tworzyć nową jednostkę bez żadnego ładunku, to, co się naprawdę dzieje, jest o wiele bardziej skomplikowane. Z wyjątkiem swoich przeciwnych ładunków, elektrony nie mają odpowiednich „długów”, aby spłacić wszystko, co „zawdzięczają” protony i odwrotnie. To jak mieszanie pozytywnych jabłek z negatywnymi pomarańczami. Długi, które tak naprawdę nazywa się prawami zachowania, umożliwiają silnie przyciąganym protonom i elektronom zbliżenie się, ale nigdy na tyle blisko, aby w pełni zlikwidować wzajemne ładunki. To też naprawdę dobra rzecz. Bez tej mieszanki jabłek i pomarańczy, całej tej fantastycznej złożoności i specyficzności atomów, chemii i biochemii, DNA i białek, i nas nie byłoby tutaj!
Spójrzmy teraz ponownie na antymaterię. Elektrony w antymaterii są naładowane dodatnio - w rzeczywistości dawno temu przemianowano je na „pozytony” - tak jak protony, one również są silnie przyciągane przez elektrony występujące w zwykłej materii.
Jednak gdy dodajesz elektrony do pozytonów, mieszasz teraz jabłka dodatnie z jabłkami ujemnymi. To bardzo podobieństwo okazuje się skutkować bardzo niebezpieczną mieszanką, zupełnie niepodobną do mieszania elektronów i protonów. Dzieje się tak, ponieważ dla elektronów i pozytonów różne długi, które zawierają, pasują do siebie dokładnie , a także są dokładnie odwrotne. Oznacza to, że mogą wzajemnie anulować swoje długi aż do ich najprostszej i najbardziej absolutnej wspólnej ilości, czyli czystej energii. Ta energia jest wydzielana w postaci bardzo niebezpiecznej wersji światła o dużej intensywności zwanej promieniami gamma.
Dlaczego więc elektrony i pozytony zachowują się tak źle, gdy się spotykają?
Oto prosta analogia: trzymaj mocno gumkę na jej dwóch końcach. Następnie umieść AAA między pasmami na środku. (Jest to łatwiejsze dla osób z trzema rękami). Następnie użyj baterii, aby zwinąć gumkę, aż będzie dość ciasna.
Teraz spójrz uważnie na wynik. Zwróć uwagę w szczególności, że lewa i prawa strona są skręcone w przeciwnych kierunkach i w rzeczywistości są z grubsza lustrzanymi odbiciami siebie.
Te dwie przeciwnie skręcone strony gumki zapewniają prosty analog elektronu i pozytonu, w tym sensie, że oba przechowują energię i oba mają pewien rodzaj definiowania „skręcenia”, które jest związane z tą energią. Możesz z łatwością wziąć analogię nieco dalej, wzmacniając w jakiś sposób każdą połowę i odcinając gumkę pośrodku. Dzięki tej bardziej złożonej analogii obie „cząsteczki” mogłyby potencjalnie odejść same.
Na razie jednak zwolnij baterię i zobacz, co się stanie. (Ważne: zakładaj okulary ochronne, jeśli naprawdę tego próbujesz!) Ponieważ dwie „cząsteczki” w lustrzanym odbiciu po obu stronach baterii mają dokładnie przeciwne skręty, rozpadają się one bardzo szybko, uwalniając energię, która może wysłać baterię odlatuje gdzieś. Skręcenie, które definiowało obie „cząsteczki”, jest jednocześnie całkowicie zniszczone, pozostawiając jedynie nijaką i pozbawioną skręceń gumkę.
To oczywiście ogromne uproszczenie, ale jeśli pomyślisz o elektronach i pozytony, podobnie jak dwie strony skręconej gumki, uzyskujesz zaskakująco dobre wyczucie, dlaczego materia i antymateria są niebezpieczne, gdy są umieszczone blisko siebie. Podobnie jak boki gumki, zarówno elektrony, jak i pozytony przechowują energię, są swoimi lustrzanymi odbiciami i „rozplątują” się nawzajem, jeśli pozwolimy im się dotknąć, uwalniając zmagazynowaną energię. Gdybyś mógł zmieszać duże ilości obu, rezultatem byłoby rozwikłanie, którego towarzyszące uwolnienie energii byłoby naprawdę niesamowite (i prawdopodobnie śmiertelne!).
Biorąc pod uwagę to wszystko, jak ” prawdziwy ”czy antymateria?
Bardzo, bardzo realna. Jego podpisy są wszędzie! Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku pozytonu (elektronu antymaterii), który jest najłatwiejszą do wytworzenia formą antymaterii.
Na przykład, czy kiedykolwiek słyszałeś o zabiegu medycznym zwanym skanem PET? PET oznacza pozytonową tomografię emisyjną ... i tak, to naprawdę oznacza, że lekarze używają bardzo niewielkich ilości antymaterii do anihilacji fragmentów czyjegoś ciała. W tym przypadku antymateria jest generowana przez pewne procesy radioaktywne, a wybuchy promieniowania (te promienie gamma) uwalniane przez wycinanie kilku elektronów pomagają lekarzom zobaczyć, co dzieje się w czyimś ciele.
Sygnatury pozytonów są również niezwykle powszechne w astrofizyce, gdzie na przykład niektóre czarne dziury wyjątkowo dobrze je wytwarzają. Nikt tak naprawdę nie rozumie, dlaczego niektóre regiony wytwarzają tak wiele pozytonów, chyba że ktoś ma ostatnio dobre spostrzeżenia.
Pozytrony były pierwszą formą antymaterii przewidzianą przez bardzo bystrego gościa imieniem Paul Dirac. Niedługo po tej prognozie były też pierwszą wykrytą formą antymaterii. Cięższe cząsteczki antymaterii, takie jak antyprotony, są znacznie trudniejsze do wytworzenia niż pozytony, ale one również zostały stworzone i zbadane w ogromnych ilościach za pomocą zderzaczy cząstek.
Mimo wszystko istnieje również wielka tajemnica dotycząca antymaterii. Tajemnica jest taka: gdzie podziała się reszta antymaterii?
Pamiętasz te długi, o których wspomniałem? Cóż, tworząc wszechświaty, fizycy, podobnie jak inne godne uwagi istoty, lubią zaczynać całe życie od czystej energii - to znaczy od światła. Ale ponieważ materia ma wszystkie te niezrównoważone długi, jedynym sposobem na płynne poruszanie się tam iz powrotem między światłem a materią jest posiadanie takiej samej ilości antymaterii gdzieś we wszechświecie. Tak duża ilość antymaterii nie wydaje się nigdzie istnieć. Astrofizycy opracowali już mapę wszechświata na tyle dobrze, że nie pozostawiają łatwych kryjówek dla dużych ilości antymaterii.
Pamiętasz, jak powiedziałem, że antymateria jest bardzo podobna do lustrzanego odbicia materii? To jest przykład symetrii. Symetria w fizyce to po prostu sposób „obracania”, „odbijania” lub „przenoszenia” czegoś w sposób, który pozostawia po sobie coś, co wygląda tak samo jak oryginał. Dobrym przykładem na przykład „symetrii sześciennej” jest przerzucanie sześcianu między różnymi bokami (są na to bardziej wyszukane słowa, ale mają one na myśli to samo). Symetrie są bardzo ważną sprawą we współczesnej fizyce i są absolutnie krytyczne dla wielu naszych najgłębszych zrozumienia tego, jak działa nasz wszechświat.
Materia i antymateria tworzą więc prawie dokładną symetrię. Jednak symetria ta jest dość spektakularnie łamana w astrofizyce, a także znacznie subtelniej w niektórych eksperymentach fizycznych. Dokładnie to, jak ta symetria może zostać tak bardzo złamana na poziomie wszechświata, podczas gdy jest ona tylko bardzo subtelnie złamana na poziomie cząstek, jest naprawdę zagadką. zarówno na temat tego, czym jest antymateria, jak i gdzie występuje. Chociaż to trochę przesada, twoje pytanie jest dobre i dotyczy fascynującego tematu.
A jeśli przeczytałeś to wszystko i znalazłeś coś, co właśnie powiedziałem, interesujące, nie tylko Zatrzymaj się tutaj! Fizyka to jeden z tych tematów, który staje się bardziej fascynujący, im głębiej się w nią zagłębiasz. Na przykład niektóre z tych tajemniczo wyglądających równań, które zobaczysz w wielu odpowiedziach, są prawdopodobnie jednymi z najpiękniejszych obiektów, jakie kiedykolwiek odkryto w historii ludzkości. Nauka czytania ich na tyle dobrze, by docenić ich piękno, jest jak nauka czytania wspaniałej poezji w innym języku lub jak „usłyszeć” głęboką strukturę naprawdę dobrego utworu muzyki klasycznej. W przypadku fizyki nagrodą jest głębokie objawienie struktury, piękna i wglądu, które oferuje niewiele innych dyscyplin.
Nie poprzestawaj na tym!
Aby dodać do powyższych odpowiedzi:
Istnieje trochę powszechnego zamieszania dotyczącego antymaterii i materii. Zamieszanie jest następujące: antymateria to materia . Cóż, czasami.
Zasadniczo materia jest klasyfikowana w następujący sposób:
$ \ newcommand {\ materia} [1] {\ overbrace {\ text {antimatter} + # 1} ^ \ text {materia}} \ newcommand {\ M} {\ scriptsize {\ mathcal {MATTER}}} \ newcommand {\ m} {\ text {materia}} \ newcommand {\ a} {\ text {antimatter}} $
$$ \ matter {\ text {materia}} $$
To NIE oznacza: $$ \ materia {\ materia {\ materia {...}}} $$
Zamiast tego oznacza to, że „materia” ma dwa znaczenia:
$$ \ overbrace {\ text {antimatter} + \ text {materia}} ^ {\ M} $$
Gdzie $ \ M $ odnosi się do „rzeczy” naszego wszechświata, a $ \ m $ odnosi się do „przeciwieństwa antymaterii”.
Nadal będę używać czcionka kaligrafii curlicue, aby rozróżnić dwie definicje materii.
W porządku. Właściwości $ \ M $:
Z drugiej strony ręka, $ \ m $ tak naprawdę niewiele znaczy, z wyjątkiem "przeciwieństwa $ \ a $". Zasadniczo dla danego typu cząstki będzie miała antycząstkę o przeciwnym ładunku (i innych przeciwstawnych właściwościach.
Antymateria została po raz pierwszy przewidziana przez Diraca. Wynikało to z podstępu, którego użył, aby nadać swojemu równaniu fizyczny sens - mianowicie postulował, że w każdym punkcie przestrzeni znajduje się „drabina” nieskończonych elektronów, z wyjątkiem tego, że elektrony tutaj mają ujemną energię i dlatego nie wychodzą . Zdał sobie sprawę, że kiedy pompujesz energię, elektron może wyskoczyć i będzie miał odpowiednią dziurę w drabinie (IIRC zdał sobie z tego sprawę po wykonaniu prostego ognia-elektronu-w- obliczenia ściany). Te „dziury” zachowywały się bardzo podobnie do elektronów, z tą różnicą, że miały przeciwny ładunek. I unicestwili elektrony w kontakcie. W tym czasie Dirac nigdy tak naprawdę nie uważał ich za prawdziwe cząstki (a zatem nie za prawdziwe $ \ M $). Zamiast tego były czymś nowym i egzotycznym, zasadniczo różniącym się od $ \ M $. Zatem terminologia ma tutaj sens.
Kiedy antymateria została odkryta po raz pierwszy, $ \ m $ zostało zdefiniowane jako „czego jest więcej”. Pozytrony (antyelektrony) były dość rzadkie - aby je znaleźć, trzeba było szukać śladów promieniowania kosmicznego. Antyprotony nie zostały jeszcze odkryte. W tamtym czasie, gdy znanych było bardzo mało cząstek (proton, elektron, pozyton, a później neutron), klasyfikacja ta wydawała się rozsądna. Tak więc $ \ a $ stała się klasyfikacją wszystkich nowych cząstek, które wykazywały przeciwne właściwości. Terminologia ma mniej sensu niż wcześniej, ponieważ teraz $ \ a $ jest zasadniczo tym samym, co $ \ m $, tylko mniej powszechne. Ale nadal ma to sens, ponieważ nie odkryli antyprotonu… jeszcze .
W dzisiejszych czasach mamy mnóstwo cząstek. Większość cząstek jest tak samo mniej liczna jak ich antycząstki. Tak więc mamy teraz kilka konwencji odróżniania $ \ m $ od $ \ a $ - konwencje te zachowują fakt, że protony, neutrony i elektrony to $ \ m $, a zatem nasz wszechświat jest prawie w całości zbudowany z materii. Kiedy fizycy pytają „dlaczego nasz wszechświat jest zbudowany z materii - dokąd poszła antymateria?”, W rzeczywistości pytają „gdzie poszły pozytony, antyprotony i antyneutrony?” - istnieją prawa zachowania, które sprawiają, że cząstka jest symetryczna z jego antycząstka.
Przejdźmy do prawdziwych dowodów i nie ma nic takiego jak zdjęcia z komory bąbelkowej (z wyjątkiem emulsji), które pokazują istnienie antycząstek.
Zachowanie liczb kwantowych i energii wymaga istnienia antymaterii w tych zdarzeniach przedstawionych w połączeniach, jako najbardziej ekonomicznego modelu matematycznego. Kiedy antyproton w wiązce (lub z anty-amdy w interesującym zdarzeniu w drugim ogniwie) uderza w proton, jest dodatkowa energia niż ta pochodząca z wiązki, uwolniona w wyniku interakcji i widoczna i zmierzona na zdjęciach, rząd dwóch mas protonów . Najbardziej ekonomiczna hipoteza głosi, że antyproton unicestwił się na protonie zgodnie ze specjalnymi regułami względności, a produkty końcowe są tworzone od podstaw, jeśli chodzi o liczby kwantowe, ponieważ wszystkie są wyzerowane.
Pary elektronów postironowych wytwarzane z wiązek gamma wykazują odwrotny efekt, w jaki sposób poprzez zachowanie liczb kwantowych i energii powstają przeciwstawne cząstki.
Uważajmy, aby powiedzieć, że zarówno cząstki, jak i antycząstki są materii / antymaterii, która reaguje na grawitację w ten sam sposób, tj. zarówno protony, jak i antyprotony są przyciągane przez grawitację. Ta cecha nie jest odwrócona.
Początkowo odpowiedź była prosta: kiedy jedynym przykładem antymaterii był pozyton, wyglądało to całkiem prosto: antymateria ma przeciwny ładunek i powoduje „unicestwienie par”. Ale to nie wyjaśnia antymaterii dla bozonów, takich jak protony czy neutrony. Nie wyjaśnia też, w jaki sposób niektóre cząstki mogą być swoimi własnymi antycząstkami.
Ale dzięki zastosowaniu teorii grup do fizyki mamy jeden sposób, który poprawnie scharakteryzuje wszystkie antycząstki w modelu standardowym: jeśli cząstka jest reprezentowana przez wektor bazowy w reprezentacji liniowej, antycząstka jest reprezentowana przez odpowiedni wektor podstawowy w reprezentacji podwójnej.
Może to być boleśnie abstrakcyjne i niezbyt intuicyjne, ale działa . Bez wyjątku.
The historia;
Antymateria to koncepcja opracowana przez Paula Diraca pod koniec lat dwudziestych. Zauważył, że równania Einsteina $$ E ^ 2 = m ^ 2c ^ 4 + p ^ 2c ^ 2 $$ można zredukować do dwóch specjalnych przypadków;
Przypadek 2. to słynne $$ E = mc ^ 2 $$ Ale ponieważ 2 $ * 2 = 4 $, tak i 2 $ * -2 = 4 $, co oznacza, że są dwie możliwości; $$ E = mc ^ 2 $$ $$ E = -mc ^ 2 $$
Powyższe odnosi się oczywiście również do Impulsu i Prędkości światła, ale ponieważ są one wektorami, oznacza to jedynie zmianę kierunku.
Zatem ta idea jest źródłem całej koncepcji „antymaterii”. Pierwsza idea była taka, że elektron i proton będą tymi przeciwnymi masami. To wyjaśnienie zostało podane w książce „W poszukiwaniu kota schrödingera” (John Gribbin) -rozdział 7, strony 124-125.
Moim zdaniem jest to tylko "nowa sztuczka matematyczna" , ale ponieważ ta etykieta została nadana stałej Plancka przez ponad 15 lat (1900->) (ta sama książka, strona 42 ), zanim „kwant” okazał się opisem rzeczywistości, społeczność naukowa chętnie akceptowała „każdą matematykę”, o ile działała.
Głównym aspektem tej antymaterii-materii jest produkcja par. Oznacza to po prostu, że para cząstek może zostać utworzona za pomocą $ 2E $ lub jeśli unicestwiają się nawzajem, „$ 2E $ zniknie.
To wszystko może być prawdą, ale nadal istnieje możliwość, że w ogóle nie ma antymaterii, a to tylko sztuczka matematyczna. To zmienia fizykę tylko nieznacznie. Zamiast $ 2E $ „energią unicestwiającą” będzie $ \ sqrt {2} E $.
Mogę to udowodnić matematycznie, Jako $ p = \ frac {E} {c} $, $ m = \ frac {E} {c ^ 2} $ i $ E = hv $ równanie można zapisać; $$ E ^ 2 = \ frac {h ^ 2v ^ 2} {c ^ 4} c ^ 4 + \ frac {h ^ 2v ^ 2} {c ^ 2} c ^ 2 $$ co zmniejsza się do $$ E = \ sqrt {{h ^ 2v ^ 2} + {h ^ 2v ^ 2}} = \ sqrt2hv $$
Ale muszę przyznać, że w tym momencie nie byłem w stanie ocenić tak zwanych "dowodów z prawdziwego świata".Jeśli jedynym prawdziwym dowodem są te zdjęcia z komory bąbelkowej, to mogę bezpiecznie wywnioskować, że energia naprawdę jest „z Zakonu 2”.-jak powiedział w odpowiedzi anny V. Dokładniej $ \ sqrt2 $.
Jednak proponuję przeczytać odpowiedź Terry'ego Bollingera, aż do końca;
„Nie zatrzymuj się tutaj!”