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反物质浅谈
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你可能喜欢反物质的发现，是现代物理学发展的新成就，它进一步说明了
A．物质与意识是两种独立并存的现象
B．自然界物质形态的多样性
C．物质可以变精神
D．世界的真正统一性在于它的物质性
国务院总理温家宝在政府工作报告中指出：繁荣哲学社会科学，积极发展文学艺术、广播影视、新闻出版事业。加强网络文化建设和管理，做好物质和非物质文化遗产保护。（1）上述材料说明了一个什么问题？________________________________________________________________________________（2）有人提出：文化也是一种财富。你同意这种看法吗？________________________________________________________________________________
尧华村精神文明创建活动的成功带动了当地经济的快速发展，说明了
①精神文明建设与物质文明建设是相辅相成、相互促进的②精神文明建设为经济发展提供思想保证、智力支持和精神动力③物质文明建设是精神文明建设的物质基础④精神文明建设是物质文明建设的物质基础A．①②B．③④C．①②③D．①③
材料一：党的十七届六中全会指出：建设社会主义文化强国，就是要着力推动社会主义先进文化更加深入人心，推动社会主义精神文明和物质文明全面发展，不断开创全民族文化创造活力持续迸发、社会文化生活更加丰富多彩、人民基本文化权益得到更好保障、人民思想道德素质和科学文化素质全面提高的新局面，建设中华民族共有精神家园，为人类文明进步作出更大贡献。提供重要支撑。材料二：日，国家广电总局发布《关于进一步加强电视上星综合频道节目管理的意见》。《意见》针对当前群众反映强烈的部分上星频道电视节目过度娱乐化、格调低俗、形态雷同等倾向而制定的一整套管理措施。《意见》提出，从明年1月1日起，包括央视综合频道在内的34家上星综合频道要提高新闻类节目播出量，控制娱乐节目，以防止过度娱乐化和低俗倾向。（1）在当代中国什么是发展先进文化？________________________________________________________________________________（2）在我们周围还有那些不健康的文化现象？________________________________________________________________________________（3）部分上星频道电视节目过度娱乐化、格调低俗有什么危害？________________________________________________________________________________材料二：纪念辛亥革命100周年大会于日在人民大会堂隆重举行，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席胡锦涛发表了重要讲话。讲话号召两岸同胞携手推动两岸关系和平发展、同心实现中华民族伟大复兴，这在海峡两岸引发了热烈的反响。台北大学政治经济研究中心主任郑又平表示，“过去几十年两岸发展各有成就，但尚未统一的状况绝非中山先生所乐见。”从过去几年两岸关系的发展可以看到，和平发展不仅为两岸同胞带来了“和平红利”，更为两岸的未来打造了非常重要的基础，将引领我们走向两岸和平统一的康庄大道。结合材料，回答问题：（1）我国实现统一大业的方针政策是什么？________________________________________________________________________________（2）我们最终将走向两岸和平统一的康庄大道，这种信心的来源是什么？________________________________________________________________________________（3）为实现祖国的完全统一，我们青少年应该做出哪些努力？________________________________________________________________________________
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旗下成员公司何为反物质？
时间: 16:15
随着科技的进步，人们对物质不断地探索，如今，反物质的话题成了热点。那么，反物质是否存在，究竟什么是反物质呢？
From:Science American , Stick Up: Antimatter Atoms Trapped for More Than 15 Minutes
如果你能把1千克糖、1千克水，或1千克任何东西中蕴含的能量全部转化出来的话，那么这些能量可以驱动一辆汽车，使之不停地行使100,000年！这是怎么回事？阿尔伯特&爱因斯坦在1905年写下的著名的质能方程：E=mc2可以给出答案。该方程说明质量是能量的一种高度聚集形式。能量就好比自然界的货币，有两种不同的流通形式，且两者之间存在一个巨大的兑换率：光速的平方。1千克重量对应25,000,000,000千瓦小时的能量；1克就足以为一个中型城镇供应整整一天的能量！
但是，如何才能将能量与物质互相转化呢？
大型陨石以30千米/秒的速度在我们的太阳系穿行。一颗陨石进入地球的大气层，其动能会转化为热能，达到100,000摄氏度甚至更高以致融化掉其大部分体积（想想流星）。目前，我们的技术水平还不能制造出以光速（300,000千米/秒）行驶的太空船，但是利用欧洲核子研究组织（CERN）的加速器使单个粒子达到光速还是可以的。如果一个以光速运动的粒子撞击一块物质，其动能也会发生转化，产生至少10,000,000,000,000摄氏度的温度。在这种极端情况下，撞击释放出的能量便会转化为物质。
这样会形成什么样的物质呢？
在硬币铸造厂，熔融金属会被灌压成特定尺寸和面值的硬币，如1便士、2便士、5便士、10便士、50便士以及1英镑。同理，大自然不会容许能量随意转化成任何物质。它为我们提供了&模子&&&精确划分的能量额度以及其他一些特性。这些模子就是指粒子，其中对我们日常生活最重要的几个分别是质子、中子和电子。它们具有精确定义的性质，例如质量，电荷或与其他粒子的相互作用方式。
可以将能量转化为一个质子或一个电子么？
想象一下，硬币铸造厂（能量）中有一个熔融金属片。当你在金属片上冲压硬币时，获得了硬币，以及留在金属片上的洞。那么就可以管这些洞叫&反硬币&。类似的事情也发生在能量转化为物质的过程中。大量实验显示粒子及其镜像（即反粒子）只能同时产生。还没有人观察到过只产生粒子或只产生反粒子。实验还观察到粒子与反粒子的另一个特性&&粒子与反粒子的产生需要消耗能量，而当你将二者放在一起时，能量又被释放出来（湮灭）。这就像把硬币放回到洞里，就会恢复成原来的金属片。
到底何为反物质呢？
来自劳伦斯伯克利国家实验室的R.迈克尔&巴奈特（R. Michael Barnett）和斯坦福大学线性加速器中心的海伦&奎因（Helen Quinn）给出了答案，以下内容来自他们的著作《奇异夸克的魅力》：
反物质的发现
1930年，保罗&狄拉克提出了描述电子在电场和磁场下运动的量子理论方程，这是第一次在该问题上将爱因斯坦的狭义相对论与量子理论完美结合起来。这一理论还惊奇地预测到该方程不仅描述了电子的物理行为，还描述了另一种与电子质量相同但具有相反电荷（正电）的粒子的存在，当然只有当它存在时方程才能成立。这种被称为正电子的粒子，就是电子的反粒子&&反物质家庭的成员之一，也是第一个被提出的反物质。很快，实验上的发现证实了狄拉克理论的伟大猜想。卡尔. D. 安德森（Carl D. Anderson）在1931年拍摄到的一张云室相片显示了一个粒子正在从下向上穿过一个铅板。该粒子在磁场下的运动轨迹方向表明其带有正电荷，而重量和其他性质则与电子毫无两样。然而，狄拉克的预测不仅限于电子，也适用于所有构成物质（粒子）的基本组成成分。只要具有足够的能量来满足质能方程，就能够产生一对粒子与相应的反粒子。同样，只要一个粒子与其反粒子相遇，它们就会互相湮灭从而消失，释放出的能量则转化成另一种粒子形式。例如，当质子与反质子在高能量下湮灭，就会释放出一对顶夸克（top quark）与反顶夸克（anti-top quark）。因此在实验室里产生的反物质很快就会因为与对应的物质相遇然后湮灭消失。如今，随着数以百计的物质-反物质对被发现，已经能够确定所有组成物质的粒子都具有对应的反粒子。
反物质的定义
如果a为任意一个粒子，且除了线动量和角动量（包括能量和自旋）没有其他性质，那么a就是其自身的反粒子。例如，光子就是其自身的反粒子。如果一个粒子还具有其他性质（如电荷Q），那么其反粒子就具有相反性质（-Q）。质子和中子就具有这样的性质。虽然中子是电中性的，但反中子具有与其相反的磁矩。质子和中子还有另一种叫做重子数的量子数，在其对应的反粒子中也具有相反的值。
引发的疑问
由此看来，反粒子和粒子从本质上是相同的，这意味着反粒子遵循的物理规律与粒子基本相同，即使有些区别也影响甚微。粒子物理学和宇宙进化的现代理论认为，或者说其前提条件是，反物质和物质在宇宙形成初期的分布是相等的。这时，一系列有趣的问题产生了：为什么我们没有遇到由反原子构成的&反人&呢？为什么我们现在的世界上至星宇下至尘埃都是由物质构成的？反物质又去了哪里？遗憾的是，这至今仍是个谜。但如果没有物质与反物质之间的这种失衡，现在的宇宙也将会失色不少。因为没有失衡的话就不会有多余的物质存在，湮灭会把一切转化为电磁辐射。因此，物质与反物质间的失衡显然是形成我们所看到的这个世界的关键因素。为这种失衡现象寻求合理解释也是当下的研究热点。
为了解答这个问题，我们需要更好的了解能够区分物质与反物质的那小部分物理规律，因为如果没有这些差异，就不会有失衡现象发生。为研究这种差异，世界各地开展的大量实验致力于研究B介子及其反粒子在衰变过程中的不同。这些实验均要在称为B工厂的正负电子对撞机和高能强子对撞机上进行，因为每种设备的不同能力会为研究物理定律的细节做出不同贡献。而这些细节能够证实那些决定了宇宙中都存在些什么的重要特性。
From: discovery ,In a World First, Physicists Trap Elusive Atoms of Antimatter
玛利亚&斯皮罗普鲁(Maria Spiropulu)是哈佛大学的一名物理学博士研究生。她的答案是这样的：让我们从定义物质开始。人们很久以前就提出了&什么是物质？&的疑问。古希腊哲学家和数学家德谟克里特斯（Democritus）设想过构成世间万物的基本元素的结构，并称其为原子；他写道，&除了原子和真空，不存在任何东西&&其他都只是猜测。&
进一步探讨
现在我们知道，原子并不是构成物质的最基本单元。当我们不断拉近距离深入放大物质，会发现一个亚原子世界。我们观察的越深入，看到的世界越奇特，即粒子真正遵循的量子世界。我们不能直接做出这样的联系：在小尺寸水平，物体的行为不同于棒或球或云或其他任何我们能够肉眼看到的东西。但是微观世界的量子力学确实使我们能够阐述原子是如何形成分子的，也使得我们能够描述原子内某些粒子的&运动&。
原子由固定在核内的质子和中子，以及绕核运动的电子构成，而质子和中子由夸克构成。这些粒子间的相互作用都是通过&传播子&实现的，例如光子、胶子、W及Z玻色子。根据这些粒子的不同性质，人为给它们编上编号，或量子数。然后利用粒子量子数的对称性和守恒定律来描述它们的相互作用。
在描述粒子的各种运动过程时，物理学家除了运用能量、动量、质量和电荷这些基本概念和有关的守恒定律外，还提出了一些重要的物理量，其中有宇称（P,）、电荷共轭（C）和时间反演（T）。科学家们最初认为在量子理论和洛伦兹不变性正确的基础上，所有物理现象在电荷、宇称和时间这三个物理量上具有对称性，这就是CPT不变性定理。也就是说，当把参与一个过程的所有粒子换成相应的反粒子（电荷共轭），并且把该过程换成它的镜象过程（宇称），同时时间反演（T），所有物理现象将保持不变。但随后的实验研究发现，在微观领域中，这三个物理量的对称性是不成立的。首先，科学家发现了宇称在电磁作用和强相互作用中守恒，但是在弱相互作用条件下并不守恒。随后又发现物理系统并不具备CP对称性（电荷共轭宇称对称），而这也被很多科学家认为是导致宇宙中正物质远远多于反物质的原因所在。最近，美国斯坦福大学国家直线粒子加速器实验室的BaBar实验分别以极高的确定度直接观测到了在微观领域的时间不对称性。
实验显示，室女星系团没有湮没辐射说明在20百万秒差距（1秒差距=3.2616光年）内不存在反物质，这恰好是银河星团的大小。尽管如此，仍然存在一个探索宇宙辐射中反物质的丰富程序。另外，来自高能反物质望远镜、气球宇宙射线实验的数据以及来自美国国家航空航天局（NASA）太空船上阿尔法磁谱仪的100小时的数据均支持物质在宇宙中占主导地位。然而，来自NASA的轨道康普顿伽马射线天文台的数据正致力于揭示可能为银河系中心的反物质云团和泉源的物体。
反物质的价值
如今，低能状态下的反物质可应用于正电子发射计算机断层显像技术（PET）。但真正引起社会关注的，是反物质在《星际迷航》中用作星际飞船的燃料。宾州州立大学的反物质太空推进小组正致力于挑战将反物质湮灭作为太空推动器的能源。如果能够实现的话，太空旅行将不再是梦想！
（环球科学 &刘畅畅 &张婕蕾）
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