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核能在進階文明眼中隻算是打火機!隻有反物質,才是終極能源?

作者:說宇宙

世界上最貴的是啥?不是人才,而是反物質!制造1克反物質,成本高達62.5萬億美元。反物質到底是什麼?

美國電影《複仇者聯盟》中,滅霸的一個響指,讓整個世界一半的人灰飛煙滅,這件消散的情形,像極了科學預言中的反物質和人類接觸之後的場景。據科學家分析,宇宙中存在大量反物質,一旦和我們的世界接觸,兩者就會互相抵消。而人類目前已經成功制造出反物質,成本之高超乎想象。反物質到底是什麼?研究它又有何意義?

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反物質是什麼?

我們的世界,是由物質構成的,顧名思義,所謂的反物質,就是和我們世界的物質截然相反的東西。實際上,這不隻是一種設想,而是一種實實在在存在的東西。

提到反物質,就不得不提英國理論實體學家狄拉克。他将薛定谔方程與相對論聯系到一起,搞出了狄拉克方程。

最初,科學家為這個方程而歡欣鼓舞,不過随着研究深入,大家發現了一個很嚴重的颠覆常識的問題,那就是根據狄拉克方程,電子存在負能态。

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傳統意義上的電子,帶的都是負電荷,圍繞着帶正電荷的質子高速運動,質子和中子構成原子核,再加上電子就構成一個原子。

而根據狄拉克方程,電子存在負能态,也就是存在帶正電荷的電子。按照實體學理論,帶正電荷的電子,隻能圍繞着帶負電荷的質子運動,再加上反中子就構成了反原子。

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反原子結合到一起,就構成了反物質。這是一種和我們世界的物質,完全相反的組成形态,也可以是稱之為鏡像形态。

根據科學家的猜想,物質遇到反物質之後,兩者就會湮滅,就如滅霸一個響指之後,一半的世界消失一樣。

是以可以說,反物質是世界上最危險的東西,殺人于無形之中,真遇到了最終結果隻能是離奇失蹤,成為懸案的那種。

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1932年,美國科學家安德森通過實驗發現了反電子,1955年,意大利實體學家塞格雷和美國實體學家張伯倫,首次發現了反質子。

1956年,美國科學家考克又發現了反中子,反物質被證明真實存在。直到1995年,歐洲核子研究中心首次成功制造出反氫原子,表明人類擁有了制造反物質的能力。

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不過,這種能力也僅限于實驗室中。這套實驗裝置經過14年不間斷努力,共制造出100萬億個反氫原子。

數量看起來異常龐大,但論起重量來完全可以忽略不計,因為它們隻有10的-10次方克這麼點。按照這個實驗的成本計算下來,制造1克反物質,需要花費高達62.5萬億美元,堪稱世界最貴物質之一了。

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研究反物質有何意義?

就我們普通人而言,覺着反物質也就那麼回事,除了能讓我們世界的物質憑空消失之外,好像也沒啥别的用途,但實際上,人類如果真正掌控了反物質,對未來發展意義重大。

因為反物質的特殊性,在科學家眼中,它就是人類的終極能源,要知道現在各大國都在發力的核聚變項目,也沒能得到“終極能源”這個稱呼,由此可以看出反物質能源的重要性。

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可以這樣說,如果文明有等級,那人類世界的文明,很可能就是最低等的文明。以我們目前的技術,核能就是最高等的能源,至于更好的核聚變,暫時還處于千秒級别的實驗當中。

而對于更高等的文明來說,核能對于他們,就如打火機對于我們一樣,平時有可能用到,但絕對稱不上能源。

現在我們看到美國的核動力航母,感覺非常先進。但在反物質能源面前,核能隻算是渣渣。反物質能源為何如此優秀呢?

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首先,反物質能源轉換效率特别高。我們目前利用的核能,在裂變過程中,大約隻有1%到3%轉化為能量,其他的都散失了。而反物質與物質碰撞湮滅的過程中,可以釋放出大量能量,轉化率可以達到100%。

更重要的是,反物質能量不會像核能一樣,使用過後産生大量的廢棄物。反物質與物質碰撞之後,同時歸于虛無,不留下任何一點蹤迹。

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其次,反物質能量可以為宇宙飛船提供能源,推動飛船實作更快的速度。目前的火箭等航天器,主要還是依賴石化能源,超大的體積和重量限制了火箭的速度。

如果使用反物質則可以大幅減少能源的重量和提及,而且輸出功率更高。據科學家推算,使用反物質能量的飛船,最高速度可以達到光速的70%。

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這樣的速度意味着,人類可以在45分鐘内,從地球抵達火星,而不是現在的半年多時間。近地行星實作“一小時交通圈”,人類探索宇宙的範圍将大幅提升。

距離地球最近的一顆比鄰星,大約在4.2光年的距離,以現在航天器的速度,根本是可望不可及,而如果有了反物質能量飛船,人類可以用6年的時間抵達這個區域,輕松實作星際跨越。

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科幻小說和電影中,經常出現的曲速引擎、跳躍引擎等,基本是以反物質作為推進能源,人類目前所擁有的能源,是根本不可能達到如此速度的。掌握了反物質能源,星際旅行不是夢。

第三,反物質可以作為能源,當然也能成為武器,就如核能一個道理。很多美國大片中,就提到過反物質炸彈這種武器。隻需要幾克的反物質,引爆後就足以炸平一座大型城市,反物質與物質湮滅時釋放出的大量能量,威力遠超核彈氫彈等核武器。

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反物質制備難題

無論從哪一方面講,反物質都是人類未來重要的能源,不過就目前的科技水準而言,想要實作反物質大規模應用,依然存在諸多困難,有很長的路需要走。

首先,反物質制備和儲存非常困難。當年科學家發現反物質之後,無一例外都為之興奮,但在嘗試制造它的過程中,卻發現困難重重。無論是使用了粒子對撞機還是雷射等,制備效率都非常低。

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就如當年歐洲核子研究中心用了14年,制備了10的-10次方克那麼多,真可謂是“一頓操作猛如虎,回頭一看僅15”。

這個15後邊的機關不是克,而是微克(1克=100萬微克)。這點反物質,别說用作武器或驅動飛船了,就連燒開一杯水都困難。

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其次,現在想制造反物質,需要投入巨大的能量。而制備出的反物質能産生的能量,還不足以彌補制造反物質所耗費的這些能量。耗費能量大花費金錢多,這就是目前反物質制造過程中的難點。

第三,反物質的儲存同樣困難。從前邊的講解中我們也可以明白,反物質一旦遇到物質,就會碰撞湮滅。是以反物質制造出來之後,在特殊容器中也隻能儲存幾秒鐘的時間,隻要與杯壁碰撞就會瞬間消失。

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一旦接觸就“同歸于盡”的特性,讓科學家頭疼不已,也導緻反物質的研究和應用受到很大限制。目前技術條件下,連儲存都很難做到,更别說用于能源、燃料或武器方面了。

雖然反物質好處衆多,但以上幾隻攔路虎搞不定,就注定反物質與現代人類無緣。不過,随着科學技術進步,反物質一定會被人類馴服,成為探索宇宙最重要的助力之一。

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宇宙反物質之謎

整個宇宙中,反物質是大量存在的,譬如高能粒子流在宇宙中穿梭的時候,就能釋放出反物質。

按照反物質的特性,一旦遇到物質就會互相碰撞消失,那宇宙中根本不可能存在任何物質,但現實情況确實我們整個地球的生物圈都活得好好的,這是否又證明不存在反物質呢?

其實,宇宙中雖然存在反物質,但它的數量比物質要少得太多太多,兩者的數量并不是對稱的,而這也是宇宙不對稱的表現之一。

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正因為物質的數量遠遠高于反物質,是以才讓我們的世界以及宇宙中諸多星系,有了存在的機會,最終形成了波瀾壯闊的宇宙。

不過,也有科學家猜想,反物質是否集中在一個特殊的區域内,然後在那裡形成了一個反物質宇宙,也就是與我們宇宙截然相反的一個宇宙。

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既然我們的宇宙中能形成生命,反物質宇宙中是否也存在生命?然後也在研究物質?不過在他們那裡,也許稱我們的物質為“反物質”吧。

宇宙之大,包羅萬象無奇不有,我們現在探索的隻是其中很小的一部分,廣闊宇宙,還有很多秘密等着我們去發現。

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伴随着科技進步,現在難以實作的技術,在未來也會變成很普通的技術!就如以前的人向往着可以像鳥一樣在天上飛,結果現在不隻能在天上飛,甚至還飛出天外。當年古人憑想象來描述月亮,現在月球對我們而言已經不再神秘。相信未來,反物質也一樣如此!

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