我们经常听说反物质和暗物质，这两种神秘的物质有什么区别？

我们平时在看科学文献或者观看科幻电影时，经常会看到反物质、暗物质这样的字眼，之所以给它们冠名以“反”和“暗”，肯定是与组成我们现实的物质是不同的，势必存在着它们各种特殊的特性，以至于在现实世界中很难被发现和捕捉。那么，反物质和暗物质有什么区别呢？

两种物质是如何发现的？

反物质的发现历程：在上世纪20年代的时候，著名的物理学家狄拉克在研究氢原子的能级分布时，将用来描述微观量子领域的薛定谔方程，通过应用洛伦兹变换的方式，与可以描述宇宙量级时空变化的相对论进行了完美结合，形成了可以描述氢原子自旋-1/2粒子的波函数方程，使微观粒子的运动同时遵守量子力学和狭义相对论的基本原理。然而，这个公式推导出来之后，人们发现了一个奇怪的问题：

这个方程中出现了电子负能级的表达，在这以前物理学领域中是闻所未闻的。因为从原子核外的运动来看，其在没有施加外部能量的情况下，会安稳地围绕原子核进行基态运转，而施加一定的能量之后，电子的能级就会发生跃迁，跑到能级更高的轨道运动了。如果将基态电子看成能量的零级，那么在跃迁之后，就会相应地提升到一级、二级等上面去。而狄拉克方程中出现的负能级电子，相当于既没有处在基态，也没有处在正能级的跃迁轨道上，而是隐藏在了一个负能级的轨道上，基于此，狄拉克预言了反电子的存在，即带有正电荷、质量和电量与电子均相同的一种特殊粒子形态。

后来，许多科学家在实验过程中，相继又发现了反质子、反中子、反氘核、反氢原子等微观粒子，据此，科学家们认为，在这些反粒子的结合下，有可能会组合成反物质，这种物质的性质，与由相对应的微观粒子组成的现实世界中的物质完全相反。

暗物质的发现历程：上世纪30年代，瑞士天文学家茨威基在研究后发座星系团时发现了一个奇怪的现象，这个星系团内的天体运动速度，要比通过引力数据理论上计算出的速度要快得多。在天文学的研究中，科学家一般都是通过观测星系的运动速度，来推算星体的总质量，如果运动速度越快，则代表所受到的引力场就越大，说明星系团的总质量也越大。茨威基按照观测的这个速度反推星系团的总质量，发现要比实际观测得出的数据高出几百倍。如果没有别的物质增加星系团的总质量的话，那么天体的运动速度如此之快将会使整个星系彻底瓦解。

基于这样的观测结果，茨威基将这种可能存在星系团中隐藏的物体命名为暗物质，由于当时观测和研究水平的限制，在接下来的几十年中科学界并未对此进行过多的关注。直到上世纪60年代，美国卡内基研究所在对邻近宇宙空间的漩涡星系进行旋转曲线研究时，发现能够观测到的所有漩涡星系，其外围恒星的旋转速度都过于快速，而来自星系中心的引力不足以支持这个速度，至少要有这个星系团至少6倍质量的其它物质，来提供额外的引力束缚，否则外围的恒星将在超出常规的快速旋转下被甩出星系。

后来，科学家们又对其他星系开展了相应的旋转曲线研究时，也发现了同样的结果，于是科学家们将提供额外引力的这个“看不见的手”正式命名为暗物质。

两种物质有何特性

反物质的性质：从字面上理解，正与反是相互对立的一组概念，正所谓物极必反、一物降一物，正粒子与反粒子，正物质与反物质都属于这样的对立范畴。截至目前，科学家们针对每一种现实世界中存在的基本粒子，都找到了相应的反粒子。

从性质上看，正、反粒子无论是在电荷性、自旋方向、重子数量等方面都是完全相反的，二者的质量相同，可以将反粒子作为正粒子的一种镜像进行理解。当相应的正、反粒子相遇时，会发生剧烈的湮没现象，所有物质瞬间烟消云散，但可以释放出总量为(m1+m2)*c^2的能量，能量的承载载体一般是由r光子或者中微子（介子）实现。

从这个过程可以看出，即使质量非常微小的正、反粒子，它们在发生湮灭时也能够释放巨大的能量，这种方法产生的能量，将比其他任何先进的方法产生的能量要多得多，只不过要创造出反物质实在是难度太大。科学家们通过大型对撞机，投入几十亿的资金所创造出来的反物质，在与正物质湮灭时所产生的能量还不够烧开0.1升的水。

暗物质的性质：与反物质和正物质正好相对不同，暗物质已经是被科学界证实广泛存在于宇宙空间中的一种物质，是宇宙的重要组成部分。通过科学家的长期观测和研究，认为暗物质是一种比电子还要小得多的微观物质，由于它不带电荷，不发出电磁波，不会与电子发生相互作用，具有极高的自由度，可以轻松地穿过电磁场，正是由于这种特性，暗物质不会直接被观测到。

然而，暗物质能够引发引力效应，在宇宙大爆炸之后，随着温度的逐渐降低，在各种物质之间的引力作用下，推动形成现有的宇宙天体及其分布和运行规律，而暗物质在此过程中起到了至关重要的作用，在一定程度上延缓了宇宙膨胀的速率，与万有引力一起，使各星系之间维持着一种引力的平衡状态。通过科学家们的长期监测分析，在宇宙大爆炸之后，温度逐渐冷却之后，形成的正常普通物质、暗物质以及暗能量，它们在宇宙总质能中所占的比例分别是4%、23%和73%。

另外说一下，这里的暗能量是在宇宙大爆炸之后，驱动宇宙发生膨胀的主要驱动力，它与暗物质一样，不会发生被吸收、以及参与电磁场的各种运动形式，因而也不能够被观测到。

总结一下

反物质和暗物质都是通过大量的实验表明了它们的存在、然后又通过长期的观测研究证实存在方式的特殊物质，但是二者从形成的机制、特性方面都存在着明显的不同，反物质是正物质的镜像，会与正物质发生湮灭；而暗物质不会参与电磁作用，只存在引力效应，不会与现实中的物质发生任何反应。