主な違い – 反物質と暗黒物質の違い
物質の概念は、物理学で最も古い概念の1つです。
現代科学では、通常の物質、反物質、暗黒物質、負物質という4種類の物質が存在する。
そのため、現代物理学における物質の理解はやや複雑です。
反物質は仮説の概念ではありません。
ビッグバン後、宇宙が冷え始めると、反粒子と粒子が同量に作られた。
さらに、科学者は高エネルギーの荷電粒子を衝突させることで、反粒子を人工的に作り出すことができる。
反粒子とその粒子、反物質とその物質が出会うと、アインシュタインの方程式E=mc2に従って、その総質量がエネルギーに変換されて消滅するのです。
一方、ダークマターはまだ直接観測されていない。
しかし、観測された非常に強力な証拠によって、暗黒物質の存在は確認されている。
これが、反物質と暗黒物質の大きな違いです。
この記事では、反物質と暗黒物質について、その違いをわかりやすく解説していこうと思います。
反物質とは何か
反物質とは、簡単に言えば、通常の物質の反対です。
通常の物質が粒子で構成されているのに対し、反物質は反粒子で構成されている。
ある粒子とその反粒子の質量は同じだが、電荷、磁気モーメント、スピン、バリオン数、レプトン数など、いくつかの特性は逆の符号を持つ。
反物質の現代的な側面は、1928年のポール・ディラックの予言に始まる。
彼の理論は、電子と同じ質量を持ちながら、等しく反対の電荷を持つ粒子が存在する可能性を予言したのである。
この予言は、1932年にカール・D・アンダーソンが宇宙線の研究中に陽電子（アンチエレクトロン）と呼ばれる電子の対極にある反物質を発見することで確認された。
これが最初に発見された反粒子です。
標準模型によると、通常の物質の各粒子には反粒子の対極があります。
また、それぞれのクォークには反クォークと呼ばれる反物質の対極があります。
例えば、電子、陽子、中性子の反粒子は、それぞれ陽電子、反陽子、反中性子となる。
最も単純な反原子は、反陽子と陽電子からなる反水素です。
科学者はまだ反ヘリウムより重い反核を作ることができないが、物理学の原則によれば、どんな複雑な反原子核も可能である。
理論的には、反物質は重力、電磁気、強い核反応、弱い核反応の4つの基本的な相互作用のすべてを通じて相互作用する。
そのため、反物質は通常の物質と同じように時空を曲げてしまう。
参考
ダークマターとは何か
暗黒物質はまだ発見されていませんが、暗黒物質の存在を裏付ける非常に強力な証拠が観測されています。
宇宙には、私たちが観測しているよりも膨大な量の物質が存在するはずだということが、いくつかの観測で確認されています。
暗黒物質の存在を裏付ける例として、渦巻き銀河を挙げることができます。
渦巻き型銀河の回転速度は、その質量に依存します。
質量が大きければ大きいほど、回転速度も速くなる。
しかし、天の川銀河を含むほとんどの渦巻き銀河の回転速度は、予想よりも速すぎることが分かっています。
つまり、これらの銀河の質量は、私たちが観測している質量よりも高すぎるはずなのです。
この目に見えない、観測できない、あるいは足りない質量が、理論的には暗黒物質と考えられている。
理論的には、暗黒物質は重力と弱い相互作用しかしないとされています。
そのため、その重力の影響は観測可能である。
しかし、暗黒物質は電磁波や強い相互作用を介さないため、目に見えず、検出が困難です。
参考
反物質と暗黒物質の違い
基本的な相互作用。
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| 物質の種類｜重力相互作用｜弱い相互作用｜強い相互作用｜電磁気的相互作用｜など
| 反物質｜存在する｜存在する｜存在する｜存在する
| ダークマター｜存在する｜存在しない｜存在しない｜存在しない｜存在しない
存在
反物質。
反粒子は発見されており、高エネルギーの荷電粒子を衝突させることで人工的に作り出すことが可能である。
反水素や反ヘリウムも人工的に作られたことがあります。
暗黒物質。
今のところ、ダークマターは観測されていない。
しかし、証拠はある。
つまり、暗黒物質という概念はまだ理論的なものなのです。
豊かさ
反物質。
ある理論によると、ビッグバンの後、反粒子と粒子が同量に作られたとされる。
しかし、現在私たちが観測している宇宙は、ほとんど反物質がない。
ごく少量の反物質が宇宙に存在しているのです。
反物質が消えた理由はまだ分かっていない。
ダークマター 理論計算では、宇宙には通常の物質よりはるかに多くの暗黒物質が存在する。
写真
「ダークマター” by NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University) – (Public Domain) via Commons Wikimedia
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