虽然整个世界比较和平,但是竞争一直都存在。当今世界竞争的主要对象是能源。“得油者得天下”,这句话曾经流传甚广。随着科学技术的发展,化石燃料的地位也在悄然发生着变化。换句话说,化石燃料在今天仍然不可或缺,但人类也开始关注其他能源。
说起新能源,我们首先想到的就是风能、太阳能和核聚变,这些最近经常出现在我们的视野中。
但是今天的主角,比核聚变还要可怕。这种能源每克的价格已经达到62.5万亿美元,而且还存在“有价无市”的供不应求的问题。这是神奇的反物质。
什么是反物质?
从字面上看,反物质实际上是正常物质的反态。我们的世界是由物质构成的,而物质是由无数的基本粒子组成的。科学家们通过研究发现,宇宙中存在着“反粒子”,这些由反粒子组成的物质被称为反物质。
说到反物质的发现和研究,就绕不开著名物理学家狄拉克。在此之前,很多人都认为他是第一个发现反物质的人。狄拉克在他的实验工作中确实预言了宇宙中正电子的存在。
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不过,人类物理学史上第一个发现反物质的物理学家应该是中国科学院院士赵忠尧先生。在他发表的文章《硬γ线的吸收系数》和《硬γ线散射》中,观察到了电子碰撞湮灭后发出的一种特殊辐射。
由于他在狄拉克之前发表了论文,他是第一个发现反物质的物理学家,狄拉克理应开始反物质理论的研究和实验。
上面我们提到反物质是正常物质的反态,可见其结构也与正常物质对称。最初,科学家发现反物质是因为他们首先发现了“反粒子”,这是反物质的组成部分。负质子和正电子都是与众所周知的电子和质子相反的反粒子。
因此,现在所说的反物质的主要成分是“正电子”,但它的原子核却带负电荷。
简单地说,反物质和正常物质的所有性质都处于相对状态。根据标准模型,即使是反物质在面对引力时也可能表现不同。正常物质会在引力作用下“倒下”,而反物质则极有可能“倒下”。基于这一假设,许多科学家推测中微子也可能是一种反物质。
虽然人类在上个世纪就已经发现了反物质,但反物质的研究和生产过程可谓十分艰难,因为反物质很难人工制造。不仅需要消耗大量的原材料,而且成功率也很低。因此,反物质一度达到每克62.5万亿美元的天价,处于有价值的状态,但不是“实物”。
在我们常人眼里这不是正事的反面吗?好像没什么特别的。事实上,反物质的价值远超我们的想象。
由于其特殊的性质,科学家曾将其誉为终极能源。要知道经常上头条的核聚变并没有被赋予“有限能量”的荣誉,那么为什么反物质会被称为“有限能量”呢?
反物质之所以被称为终极能源
正如我们在上一篇文章中提到的,当今世界的竞争主要集中在能源领域,因为科技的发展离不开能源。更何况,从过去到现在,人们从未放弃过星际旅行的梦想,而如果想要穿越太空或者飞出太阳系,就需要制造出能够以极速飞行的宇宙飞船的光。
反物质与物质碰撞湮灭后的能量,可以轻松推动航天器达到光速甚至超光速。
凭借男主角多次获得奥斯卡奖的汤姆汉克斯应该是大家所熟知的。反物质的强大威力在电影《天使与魔鬼》中都有提到。在电影中,仅仅几克反物质就足以炸毁整个梵蒂冈。
由此不难理解,反物质和物质在毁灭过程中所释放的能量远超核弹的能量。
1公斤反物质和物质湮灭后释放的能量比1公斤核裂变反应堆燃料释放的能量大1000多倍。而且,反物质和物质的破坏不会像核弹爆炸那样产生辐射,可以说是“清洁高效”的清洁能源。
说到这里,大家应该明白为什么反物质能卖到天价,成为科学界的“红薯”了。
因为如果反物质可以作为太空飞行的燃料,那真的很令人兴奋,为什么这么说呢?因为当今太空飞行最难解决的就是“燃料供应”。传统的化石燃料是足够的,但它们转化为能量的效率太低,而且飞船重量太重,不能承载太多。
但反物质的出现揭示了这个问题。它不仅可以产生比传统化石燃料多几倍的能量,而且只需要很少的克数。
因此,如果反物质研究成功,人类飞船将不再受限于浩瀚的太空,我们可以在有限的一生中前往多个未知星球。
科学家们的计算结果表明,超级飞船以正反物质的湮灭反应为动力,可以以70%的光速在太空中航行。如果乘坐这样的飞船,从地球到最近的恒星比邻星(4.2光年)只需要6年时间。
显然,反物质之所以能够超越核聚变,成为终极能源,是因为它所创造的价值实在是无法估量。
于是,反物质成了科幻小说的常客,反物质飞船和武器在很多小说中都有提及。
比如我们最熟悉的《三体》,三体人派往地球的第一支舰队,使用的是可以极速加速的反物质发动机。这样等价换算,如果人类乘坐反物质飞船,只需45分钟就可以抵达火星。什么是概念?那么太阳系的所有行星都可以成为属于“地球”的省份。
反物质问题
在上一篇文章中,我们对反物质的发现及其独特价值有了一些了解。相信或许大家已经开始畅想“太空旅行”的梦想了。的确,反物质的种种特性告诉我们,如果人类能够熟练地生产和利用它,我们的“科技”和生活将迎来翻天覆地的变化。这不仅限于科技创新,意味着人类的“太空探索时代”即将开启。
然而,反物质实际上很难创造和维护。当科学家发现反物质的存在时,他们开始尝试不同的方法来制造它,例如使用粒子对撞机或激光。但遗憾的是,科学家们可谓是“一餐猛如虎,产量一看就只有15个”。您可能认为单位是15克。但显然不是,正确的单位是15毫微克。
据相关报道,全球最大的粒子物理研究中心欧洲核子研究中心创造的所有反物质只有1纳克。
迄今为止,位于德国汉堡的DeutscheElectron同步加速器仅生产了约2纳克的正电子。
因此,那些期望使用反物质使太空旅行成为现实的人可能会感到失望。毕竟人类自发现以来产生的反物质总量只有几克。毫不夸张地说,这些人造反物质和物质湮灭后产生的能量,连一杯水都烧不开。
再次,统计数据显示。
如果要人工生产反物质,平均生产1克反物质需要消耗近2500万亿千瓦时的能量,成本高达数万亿美元。然而,反物质的问题不仅限于开发难度,它的特性也意味着它很难保存。
当反物质撞击物质时,它会与其发生碰撞并自我毁灭,并在此过程中产生能量。因此,科学家创造的反物质通常只在容器中存在几秒钟,然后在与杯壁接触时消失。
这种“集体死亡”的性质,立马让人头疼。毕竟,如果你不能储存它,你就无法深入研究它,更不用说将它用作能源或燃料了。
可见,人类虽然对反物质极为渴求,但面对产能低下和保存问题这两大障碍,实在是束手无策。不过,相信随着科学研究的不断进步,人们迟早能够实现利用反物质的梦想。值得注意的是,我国也进行反物质研究。
据2016年报道,2016年3月10日,中国科学院上海光机所公布了他们用超强短激光成功制取反物质的好消息。这种各国都向往的“终极能源”,早已成为全球关注的焦点。
反物质在太空中消失之谜
鉴于反物质一碰到物质就会瞬间湮灭的特性,我们的宇宙应该是没有物质的。你为什么这么说?因为如果物质和反物质在宇宙之初处于同一种状态,它们就会不断地相互碰撞、毁灭,从而产生能量。
这样下去,所有的物质都会转化为能量,宇宙中的一切都不会产生。
然而,反物质实际上存在于现在的宇宙中,太空中经常发生的高能粒子流可以释放出反物质。而人体和香蕉确实也能产生“正电子”,但这些微小的反物质与正物质碰撞后消失得也快。
对于宇宙中正负物质的碰撞,科学家指出,这可能是因为反物质和正物质并不是对称存在的。
换句话说,虽然它们看起来像镜像双胞胎,但在宇宙之初它们的内容是不同的,它们的物质含量应该远远超过反物质。
镜像宇宙猜想
说到正反和镜像,就不得不说到镜像宇宙的概念。在很多理论中,镜像宇宙的产生也与反物质息息相关,或者也可以称为“反物质宇宙”。宇宙中神秘消失的大量反物质可能已经合并形成一个与我们相对的镜像宇宙,在那里物质的属性被逆转,时间的“尺度”也被逆转。
甚至有人说,在镜像宇宙中,有一个人和你一模一样。但他面对的世界,他经历的一切,都与你格格不入,总有一天,他们会感应到彼此的存在,想想都觉得可怕。总之,反物质存在诸多疑点,但若能得到有效开发和利用,则真正称得上是“终极能源”。