反物質和正物質碰撞到一起,就會消失,科學的術語叫湮滅。
湮滅是在釋放出巨大的能量之後就沒有了,質能轉換的一種方式,是物質全部轉化為能量,符合愛因斯坦質能轉換公式:E=mc^2。
其中E為能量,m為轉換為能量的質量,c為光速。
根據這個公式,1克質量的物質全部轉化為能量,總能量相當於2500萬度電的能量。而平時我們物質轉化為能量的效率是很低的,一噸煤所釋放的熱量,只相當於0.028克物質全部能量的釋放,質能轉換率只有3500多萬分之一,可見我們人類目前所使用能源的技能還是多麼的低下。
但人類開始掌握了一定的質能轉換技巧,比如核裂變發電,也就是現在的核電,這種核裂變產生的能量可以達到質能轉化率的0.13%,所以核電和原子彈的威力十分巨大;核聚變卻能達到0.7%的質能轉換率,是核裂變的5倍多,所以氫彈比原子彈又厲害多了。
但氫彈是一次性爆發的核聚變,是不可控的,只有實現可控核聚變,才能廣泛的造福於人類能源需求。因此攻克可控核聚變是目前世界上最前沿的一個重大科研課題。
而反物質所產生的能量,則是比任何能量都更加高效的能量,是人類在相當長歷史時期追求的終極能量,因為反物質的質能轉化率理論上可以達到100%x2。
這是因為1克的反物質湮滅會與1克的正物質發生反應,從而釋放出2克質量的全部能量。因此理論上物質和反物質的湮滅是質能完美的轉化,質能方程應該為ΔE=2mc^2。
1克物質與反物質湮滅可以產生180萬億焦耳,相當於43000噸炸藥的能量,3顆多廣島原子彈爆炸的威力。
如果用反物質作為飛船燃料的話,將比現在的化學燃料效率高出100億倍,比今後開發出來的核聚變高出200~300倍。反物質發動機的比衝量將是最高的,推力也將達到最大。理論上說,一塊小口香糖大的反物質,與同樣多的正物質湮滅的能量足以讓一艘飛船在太空遊弋百餘年,把人送上火星化學燃料需要上萬噸,如果用反物質只需一個米粒大小就行了,且速度會大大提升。
反物質在這個世界上普遍存在,只是很少,很難獲得。
反物質概念是英國物理學家保羅·狄拉克最早提出來的。他在1928年預言,每一種粒子應該有一個反粒子與之相對應,例如正電子、反質子等。後來科學界陸續發現了這些反粒子,從而沒有反粒子的粒子倒成了稀罕物。
1937年,義大利物理學家馬約拉納提出存在沒有反粒子或者自身就是反粒子的粒子預言。科學家為了找到這種粒子奮鬥了80年,終於在2017年找到了。找到這種叫手性馬約拉納費米子的是華裔科學家張首晟和他的團隊,他們的成果震驚了世界,他們把它命名為「天使粒子」。
到了1997年,科學家發現在距離銀河系上方3500光年處有一個不斷噴射反物質的源頭,噴射出的反物質形成了一個高達2970光年的「反物質噴泉」。2010年,科學家們運用大型加速器等設備,尋找和捕捉到了少量的反粒子~反氫原子。
其實反粒子到處都有,只是在我們這個正物質世界,比較少見。我們人體身上和香蕉都會產生反粒子,據研究,香蕉75分鐘會釋放1個正電子,這些反物質由於量太少,一出現就會與正物質發生反應而湮滅。
所以根據目前科學研究進展,反物質已經不是有沒有的問題,而是很普遍存在的,關鍵是怎麼取得的問題了。
反物質很難捕捉和保存,因為它們一旦與物質接觸,包括加速器等設備的任何部件內壁,一接觸就會湮滅掉。
由此科學家們採取了很多辦法,通過磁場約束和製造接近絕對零度的冷凍環境,形成束縛反物質的陷阱,將反粒子們的運動速度降到很低並禁錮在磁場內,從而延長觀察世間和保存時間。
現在反氫原子保存時間已經從過去的零點幾秒達到了1000秒,反質子的保存達到了一個星期。但這種得來的反物質的量還很少,全世界科學界保存的反質子全部合起來湮滅,也燒不開一杯開水。因此反質子研究還有很長很艱巨的路要走呢。
但時空通訊相信,反物質再也不是一個科幻事物了,而是越來越貼近我們的生活了,在可預期的將來,人類一定能夠掌握這個已知效率最高的能源,造福自己的子孫後代。
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