反物質可以用作能源嗎?

在電影《天使與魔鬼（2009）》中，主題是科學與宗教之間的衝突，其中有一個場景使用「反物質」作為炸彈威脅著人們。此外，在著名的科幻小說系列《星際迷航》中，出現了配備了利用物質和反物質反應的超發光引擎的太空戰艦。

反物質這個名字是一個非常超自然或神秘的物體，但它是一個已經被清楚地識別出的物理物體。了解反物質的實質以及使用潛力也將是有意義的。

電影天使和惡魔的海報以反物質威脅人們的場景

最早預見反物質的物理學家是哥本哈根學派的成員英國人狄拉克（Am Dirac，1902-1984年），他為量子力學做出了巨大貢獻。在他於1928年建立的電子方程式中，他注意到代表電子能量的正解和負解可以同時存在，並假設存在正電子。

後來，美國物理學家卡爾·戴維·安德森在1932年拍攝宇宙飛船的軌跡時發現了一個正電子，還有居裡的長女和女婿艾琳·朱麗葉·居裡和喬利奧。居裡夫婦通過人工輻射產生實驗等證實了正電子的發射，並且反粒子的身份變得更加清晰。

狄拉克預見到反物質的存在

具有與質子相同的質量但帶有負電荷的反質子是與電子具有相同質量的電子，但與電子相反的是正電子。如電影《天使與魔鬼》的第一幕所示，巨大的碰撞型粒子加速器設施，例如歐洲粒子物理研究所（CERN）和美國費米研究所，都具有創建和存儲反粒子的設備和方法。當足夠快地加速以接近光速的高能粒子碰撞時，就會產生許多類型的粒子。當然，有反質子，反中子和正電子。由於存在與構成原子的質子，中子，電子等相對應的所有反粒子，因此也可能存在由它們構成的半原子。這是這些階級成員聚集在一起的反物質。在CERN，我們實際上製作了一個由反質子和正電子組成的氫半原子。

同樣，儘管有限，但反物質正在我們的生活中應用。正電子發射斷層掃描（PET）主要用於大型醫院的腦部疾病診斷，它使用正電子（一種抗微粒子）。換句話說，放出正電子的放射性同位素被顯示在各種基本代謝產物上，然後被施用於人體，然後，檢測由正電子與物質相互作用產生的輻射，以實現斷層掃描圖像。

由於PET可以反映人體的生化變化，因此在診斷腦神經系統疾病，腦血管疾病，心臟病和惡性腫瘤方面非常有效。那麼，像電影中一樣，利用反物質製造大規模殺傷性武器，或者開發成新的能源真的可行嗎？

《星際迷航》的海報展示了使用反物質的超快引擎太空戰艦

單純地從理論角度來看，在遙遠的將來是可能的。但是，考慮到當前的科學技術水平和其它條件，這實際上是不可能的，並且很難找到這種需求。

當反質子和正電子等反粒子與物質的粒子發生反應時，它們就會消失，從而發射出諸如伽馬射線之類的高能光（光子）。這是一種被稱為「 雙滅」的現象。在這種情況下，愛因斯坦著名的質能方程公式E = mc2被應用在失蹤者的質量和所產生的能量之間。

因此，從理論上講，如果您可以確保和管理大量的反物質，則可以製造比目前的核彈更強大，更高效的大規模殺傷性武器。

由於核裂變或核聚變過程中的質量不足，原子彈或氫彈消耗大量能量，因此它們遵循相同的質能方程公式，但只有一小部分質量被轉換為能量。另一方面，通過雙滅將粒子和反粒子轉化為能量的速率幾乎為100％，因此，如果使用相同量的原料，則使用反物質的炸彈將顯示出更大的破壞力。

當粒子和反粒子相遇時，它們會熄滅並發光。

然而，雖然可以很容易地獲得鈾，它是用於核能和核彈的原料，但要獲得大量的反物質是極其困難的，因為它很少以其自然狀態存在。而且，製造反物質的成本在天文上是昂貴的，並且對存儲和維護的要求非常高。這是因為反物質一遇到物質就會做出反應並試圖毀滅。類似於託卡馬克裝置，存儲反物質的一種好方法是通過在真空中用強磁場使反粒子漂浮來阻止與材料的反應。但是，這僅對於帶電荷的正電子或反質子是可行的，並且不能以這種方式使用不帶電荷的反中子。

目前，像電影《天使與魔鬼》中那樣，將大量的反粒子或反物質存儲在足夠大的容器中以方便攜帶。在目前的技術水平上，可以說使用物質與反物質之間的反應來點亮燈泡的成本將超過美國政府的年度預算。

費米粒子加速器研究中心配備了用於生成和存儲反粒子的裝置

而且，如果外層空間的反物質含量如此之高以至於可以很容易地獲得，那麼將來有可能使用反物質反應引擎來建造太空飛行器，但宇宙中反物質並不多。天文學家試圖觀察太空中是否存在僅由反物質組成的星系，但迄今為止尚未發現。

反物質是現代物理學中一個有趣的研究對象，但它似乎還沒有被用作新的武器或能源，相反，它可以提供一條線索，以更好地了解宇宙的起源和性質。