真空并不空，如果我們能通過某種手段把空間中的所有物質(zhì)，輻射和引力波全都移除掉，仍會發(fā)現(xiàn)空間中有少量固有能量，這些能量怎樣都是剔除不掉的，這些能量就是反物質(zhì)！
到目前為止，由真空延伸出來的前沿物理學(xué)有反物質(zhì)，霍金輻射，宇宙起源之初正反物質(zhì)不對稱之謎。反物質(zhì)這東西的能量轉(zhuǎn)化效率是100%，即便是一克的反物質(zhì)，釋放的能量也是十分巨大的，因為這一克反物質(zhì)釋放的能量是以質(zhì)能方程E=mc2的形式100%釋放出來的，能量能不大嗎？科學(xué)家估計，一克反物質(zhì)的價值大約在62.5萬億美元！
那啥是反物質(zhì)呢？反物質(zhì)和真空有啥關(guān)系？
其實反物質(zhì)的概念最早可以追溯到1927年。我們知道原子核外不是一直都有一群電子嗎？這些電子的運動速度很快，當(dāng)速度達(dá)到一定界限，相對論效應(yīng)就很顯著，所以當(dāng)時物理學(xué)家狄拉克就用相對論推出了電子在高速運動下的相對論方程。
電子的相對論方程是個等式，這個等式在計算的時候會出現(xiàn)一個除了正能量之外的負(fù)能量值。那時候還沒有發(fā)現(xiàn)任何帶有負(fù)能量的粒子。但也不能說這個等式是錯的，所以狄拉克為了彌補(bǔ)電子的相對論方程中出現(xiàn)負(fù)能量值的結(jié)果，就提出來了真空中充滿了一種帶有負(fù)能量的電子“海”，這就是狄拉克之海。
一開始，狄拉克認(rèn)為這種帶負(fù)能量的電子應(yīng)該是質(zhì)子，因為質(zhì)子帶正電，可以和電子抵消。后來計算發(fā)現(xiàn)，帶負(fù)能量的這些電子質(zhì)量應(yīng)該是和電子一樣大的，但是質(zhì)子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子。況且質(zhì)子的能量是正能量，所以質(zhì)子不可能是帶負(fù)能量的電子。直到1932年，美國物理學(xué)家卡爾?安德森在實驗室發(fā)現(xiàn)了這種帶負(fù)能量的電子。這種帶負(fù)能量的電子一旦和電子相遇就會100%湮滅
理論上來說，這種電子應(yīng)該叫反電子。但是之前狄拉克等科學(xué)家就以“正電子”的名字預(yù)測了其性質(zhì)，所以即便發(fā)現(xiàn)了這種反電子，后面也常用正電子的名字代替。但后面新發(fā)現(xiàn)的反粒子不會再單獨給它起名字了，統(tǒng)一稱之為反某某粒子。比如反質(zhì)子，反中子等等。反粒子是自然界普遍存在的一種粒子，不要老是在評論區(qū)問我為什么會存在反粒子，我也不知道為什么會存在這種粒子，因為這就是自然現(xiàn)象。理論上預(yù)測，每一種粒子都有自己的反粒子，就和陰陽一樣，有正就有反。反粒子遇見與自己相匹配的正粒子就會完全湮滅。湮滅的能量會以質(zhì)能方程的形成完全釋放出來。你看核聚變和核裂變會釋放大量能量，其實也不過是虧損了很小一部分質(zhì)量而已。你看人家反物質(zhì)和正物質(zhì)相遇，質(zhì)量會100%釋放，那產(chǎn)生的能量豈不吊打原子彈和氫彈。反質(zhì)子，反中子，反電子這些反粒子也可以像質(zhì)子，中子，電子一樣構(gòu)成反原子，由反原子構(gòu)成的宏觀形態(tài)就是反物質(zhì)。
那怎么制造反物質(zhì)呢？其實完全不用刻意制造反物質(zhì)，因為宇宙中到處都有反物質(zhì)，你眼前的空間，身體內(nèi)就不斷有反粒子出現(xiàn)。因為在空無一物的空間中，也會冒出來一對正反粒子對。而且正反粒子會隨機(jī)，且毫無征兆地從真空中突然冒出。一對正反粒子會憑空從真空中誕生，這時候正粒子帶的是正能量，反粒子帶的是負(fù)能量。所以當(dāng)正反粒子憑空出現(xiàn)的時候，能量守恒定律在微觀尺度上就暫時被“打破”了，因為這些粒子的能量是暫時向真空借的。有借就有還，所以這些正反粒子很快就會湮滅，然后釋放能量又歸還給了真空，能量守恒定律就又成立了。從宏觀尺度來看，宇宙空間的每個角落都會不斷憑空出現(xiàn)正反粒子對，并且很快又相互湮滅并且釋放能量。宇宙中的任何空間都會有源源不斷的正反粒子蹦出來，又相互湮滅掉，就和海浪一樣熱鬧。
所以科學(xué)家就想著，你正反粒子對不是會源源不斷從真空中蹦出來嗎？那好，我現(xiàn)在趁你剛蹦出的的那一刻，趕緊用高能激光照射，把正反粒子的距離給拉遠(yuǎn)，這時候你倆就不能湮滅了，所以真空中就會出現(xiàn)一個帶負(fù)電的電子，和帶正電的正電子(反電子)。這就是科學(xué)家撕破真空的設(shè)想，用高能激光照射真空，迫使照射點附近的正反粒子對還來不及湮滅就被拉開了，于是就會看到在激光的照射下，真空中會平白無故地冒出電子，所以在某種程度上來說，真空就被撕破了。
好了，要是剛才講得這些你聽懂了，那么霍金輻射是怎么回事，你也就會搞懂了。前面已經(jīng)說過了，正反粒子在任何空間都會冒出來，那么在黑洞視界邊緣的空間也不例外。人家黑洞多強(qiáng)的，光都能給你全吸進(jìn)去了，更何況你反粒子呢。正反粒子也會在黑洞視界邊緣不斷冒出，如果一個反粒子剛好不慎落入黑洞視界內(nèi)，而另一個留在黑洞視界外。
那么落入黑洞的反粒子就再也出不來了。真空這時候內(nèi)心肯定會想：你倆的能量是從我這里借來的，你倆趕緊給我湮滅，再把能量還給我。但是正反粒子對中的一個粒子借了人家真空的能量進(jìn)入黑洞了，黑洞外的粒子找不到自己反粒子來湮滅，所以借真空的能量就歸還不了了。留在黑洞視界外的粒子的能量就憑空留住了。所以這時候來看，黑洞視界外就會產(chǎn)生一種釋放實粒子的輻射，這種輻射現(xiàn)象是1974年最早由霍金提出的，所以也叫霍金輻射。
留在黑洞視界外的粒子攜帶的能量是額外從真空那借來的，現(xiàn)在能量還不回去了，這好像違背了能量守恒定律。從能量守恒定律依舊有效的角度出發(fā)，科學(xué)家就預(yù)測，落入黑洞的粒子必然攜帶了負(fù)能量，這種帶有負(fù)能量的粒子會與黑洞內(nèi)的正物質(zhì)相遇湮滅，來給真空還債。
所以黑洞內(nèi)部的能量會慢慢變少，黑洞到時候就會蒸發(fā)掉。但是大質(zhì)量黑洞又在不斷吞噬天體，黑洞內(nèi)部就又有了源源不斷的能量攝入，所以大質(zhì)量黑洞的能量一時半會還不會被負(fù)能量粒子抵消完。
但是小質(zhì)量黑洞吞噬天體的能力有限，沒有持續(xù)地外在能量的攝入，小質(zhì)量黑洞的能量就會比較快地被負(fù)能量粒子抵消完，直到蒸發(fā)消失。科學(xué)家計算，質(zhì)量和月球相近的黑洞，也就是質(zhì)量為4.5×10∧22kg(讀作4.5乘以10的22次方千克)的黑洞，吸收外在能量的速度和內(nèi)部負(fù)能量粒子抵消能量的速度相等。所以低于這一質(zhì)量的黑洞，只會不斷蒸發(fā)，直到徹底消失。之前科學(xué)家還用對撞機(jī)制造出來了微型黑洞，但是由于質(zhì)量太小，這種黑洞幾乎還來不及吸收外在的能量，就很快被負(fù)能量粒子抵消掉了，所以人造黑洞在地球上存在的時間只能是轉(zhuǎn)瞬即逝，更不可能吞噬地球。
正反物質(zhì)不僅可以預(yù)測霍金輻射，還可以解釋宇宙為什么會發(fā)生大爆炸。按照物理學(xué)家之前預(yù)想，宇宙本來就不存在，因為宇宙誕生之前，正反物質(zhì)數(shù)量一樣多，這就是正反物質(zhì)對稱機(jī)制，所以正反物質(zhì)會完全湮滅，以至于什么都沒有。但是在138.2億年前的某一刻，宇宙中有一種未知的機(jī)制觸發(fā)了正反物質(zhì)對稱機(jī)制。
正—反物質(zhì)數(shù)量出現(xiàn)了失衡，正物質(zhì)的數(shù)量大于反物質(zhì)，所以額外多出的正物質(zhì)就開始迸發(fā)出來了，導(dǎo)致宇宙發(fā)生大爆炸，大爆炸一開始，大部分正物質(zhì)和反物質(zhì)就已經(jīng)相互湮滅掉了，但是還是殘留了部分正物質(zhì)，這些正物質(zhì)才組成了我們現(xiàn)在宇宙的萬物。那宇宙誕生之初消失的反物質(zhì)去哪里了？目前物理學(xué)家還不知道，這依舊是現(xiàn)代物理學(xué)未解之謎，如果你能提出新的理論，解釋反物質(zhì)消失之謎，那第二年的物理學(xué)諾獎非你莫屬。
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