人類目前所知的威力最大的能量源——反物質!

2021-02-15 科技聚焦地

電影《天使與魔鬼》(丹·布朗著)中有這麼一段話:

反物質是人類目前所知的威力最大的能量源。它能百分之百的效率釋放能量(核裂變的機率是百分之一點五)。反物質不造成汙染,也不產生輻射,一小滴反物質就可以維持整個紐約城全天的動能。先別過於樂觀,其中可隱藏著危機……

那麼神秘的反物質究竟是什麼呢?又都到哪裡去了?

反物質是一種人類陌生的物質形式,在粒子物理學裡,反物質是反粒子概念的延伸,反物質是由反粒子構成的。

反物質和物質是相對立的,會如同粒子與反粒子結合一般,導致兩者湮滅並釋放出高能光子或伽瑪射線。

這是一種比較權威的說法,不是很容易理解。

下面用一件事來幫助理解一下反物質。

大約在上個世紀末,愛因斯坦還在研究相對論的同時,其他的物理學家正在致力於探索宇宙的最小物質是如何運行的,這些都是通過大量的數學問題來實現的。

某一次一個叫保羅·狄拉克的物理學家突然發現:在解一個方程「X2=4」的時候,會有兩個答案,一個是「X=2」,一個是「X=-2」。

這意味著,如果物質是「2」,那麼必會存在一些相反的物質來對應「-2」,所以物理學家就稱其為反物質。

 

相似的情況也會發生在描述電子的方程中,很長一段時間人們不知道這個負數值的意義,但是今天我們了解,這是我們熟知物質的鏡像物質——反物質。

 

你之所以沒有看見身邊的反物質,是因為如果它突然出現,而且碰撞到常規物質的話,兩者都會消失殆盡,但是能量沒有消失,能量以兩種非常高的伽馬射線的形式再現:光子。

這鎖定在很小質量裡的能量是相當驚人的,我們把這個過程稱之為「湮滅」。

通過上面的介紹,我想大家應該明白了什麼是「反物質」了。

大家應該知道所有的物質都是由質子和電子組成,而反物質它的構造和正常物質一樣,只是電荷是相反的。

例如,一個氦原子是由兩個質子(正電)、兩個中子(中性)以及兩個電子(負電)組成的;

而一個反氦原子就是由兩個反質子(負電)、兩個反中子(中性)及兩個反電子(正電)組成。

 

不難看出他們屬性是相剋的,所以二者一接觸,那麼……砰……就消失了。

不過值得注意的是雖然他們有相反的電荷,但理論上來說,反物質應該和正物質是對等的。

在宇宙大爆炸之後,宇宙應該創造了等量的正物質與反物質,但是我們周圍的確是沒有反物質的;

可以解釋這些現象的可能就是,在大爆炸的那一刻,所有的正物質和反物質都在新生的宇宙中接觸並產生了爆炸且一併消失了,所有的反物質都在能量釋放中消失,只剩下——正物質。

而正因為我們的存在,正常物質一定要比反物質多那麼一點點的,不然所有的一切早就湮滅掉了,而我們的而宇宙也將什麼都沒有,除了射線。

在每20億個粒子中,正常物質比反物質多出一個粒子,而多出的粒子就是我們今天的宇宙。

 

沒人知道為什麼大爆炸創造了比反物質更多的正物質,但是科學家們正在製造反物質來探索其中的原因,並且設想了反物質的一些用途——強大的能量源。

2010年11月17日,歐洲研究人員在科學史上首次成功"抓住"微量反物質。

2011年5月初,中國科學技術大學與美國科學家合作製造了迄今最重反物質粒子——反氦4。

2011年6月5日歐洲核子研究中心的科研人員宣布已成功抓取反氫原子超過15分鐘。

關於反氫的捕捉,因為其不能與任何正物質相接觸,因此科學家們用磁場來吧反氫困在其中。一但捕捉到反物質,實驗室的科學家們就能研究其相關性質。

在尋找反物質的用途的過程中,人們一下就想到了炸彈的設計,而在這個領域反物質有驚人的潛力,這就得益於正物質與反物質的「湮滅」過程。

一個原子彈只是將幾個百分之一的質量轉換成質量,而我們如果把一克反物質,也就是一個回形針的重量,它的「湮滅」回釋放相當於廣島核彈的能量。

 

但是和原子彈相反的是,原子彈的能量是存在於放射性物質裡的,而反物質則需要我們去花費能量來製造它,在現有的技術條件下,我們想要製造1克的反物質都是相當困難的。

有一個問題值得我們思考一下,正物質反物質他們的區分在哪裡呢?

如果整個宇宙由反物質構成的話,我們也會稱其為正物質;

而現在我們認為的正物質也會被稱為反物質,所有我們稱為正電荷的都只是關聯而已。

所有電荷都同我們對宇宙的研究經驗有關,宇宙終歸是由物質構成,當你歸根究底的時候,你就會感嘆——物理是十分奇妙的!

而當「物理」變成「科技」時,時代也將進步,當然這就需要我們進行更多的探索了。

通過本期對「反物質」的介紹相信小夥伴們應該有所了解了,本大期關於一些人類非常前沿的科技就更新完了,下一大期將是其他科技內容。

不過如果還有小夥伴想繼續了解的,可以留言哦,小編將根據留言更新相關內容。

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