反物質有可能實現嗎?

2020-12-04 陳思進

□ 陳思進

超越時空

我在《熵增能否確定時間的方向——<信條>中的科學問題(中)》一文的最後部分,談到時間旅行是科幻故事中常見的主題。不過,這樣的作品也很容易陷入「祖父悖論」之中。

顯然,在《信條》電影中,祖父悖論的問題也沒有獲得妥善解決。而解決祖父悖論最好的辦法,迄今為止,只能運用量子力學中的「老梗」——平行世界才能自圓其說。

在《超越時空》專欄中我之前曾經談到,在量子物理中,「多個世界(世界線)理論」可以如此理解:對於每一個似乎隨機的事件來說,只要它的可能性不是零,它所有可能的情形都會在不同的平行世界中發生,造成歷史的分支。

這也就是量子力學中的另一個老梗——「薛丁格之貓」(看似悖論)——表示了每當有量子事件發生,就會有平行宇宙大量繁殖和分化出來,每個可能存在的宇宙都是如此。換言之,波函數從未崩潰,它只是繼續發展,愉快地分裂成無數個宇宙。這意味著在一個平行宇宙中,納粹可能贏得了第二次世界大戰,但在另一個平行宇宙中,西班牙無敵艦隊卻從未被打敗,結果是每一個人都在說西班牙語;也有可能在另一個宇宙中,貓王仍然活著、阿爾·戈爾(Al Gore,美國前副總統,20年前競選總統時輸給了小布希)成為了美國總統……

自從得知可能有無數個平行宇宙之後,我時常想像:有無窮多的我的變異版本,正過著「他們」的平行人生,每一刻都有更多複製品突然出現,開始延續我那許許多多的「另一種」未來。

不過在電影《信條》中,雖然也提到並解釋了平行世界,卻沒有運用其來推動故事,諾蘭一定知道其故事線陷入了祖父悖論之中,應該是因為平行世界和故事的設定不搭吧。

寫到這兒,好像還意猶未盡,那就再談一下《信條》中提到反物質,還是再從「熵」談起。

大家有沒有注意到「熵」和生命的誕生似乎是有矛盾的。熵增決定了這個宇宙從有序到無序——所有有型的東西漸漸地都會變得無形;然而,生命卻是一個非常精緻的有序的系統。儘管整個宇宙在朝無序的方向發展,但是在宇宙之中,卻會時不時地誕生生命—— 一個有序的系統。

生命就是一個逆熵增的夢想過程,需要額外的能量輸入(額外能量即是生命的動力)企圖來延緩熵增。即便如此,任何生命的個體乃至族群最終都敵不過自然法則,即敵不過熵增。生命僅僅是短暫的對抗熵增,為此還不得不裹挾系統以外的能源,例如食物。一旦能源斷了,生命也就只能加快熵增,進而化為塵埃。因此,任何生命(包括人類和動植物)都在為逆熵增(求能源以求生)而競爭,不時地合作也只是為了更優化其競爭力。

要特別注意的是,對於生命來說,時間也只能朝著一個方向走——前方。而反物質的時間是反向的。

在電影《信條》中,未來人對反物質的研究已經達到一定的程度,他們研究出來一個可以把正物質轉換成反物質的機器,那麼轉換出來的東西的時間就是逆流的。不管把什麼東西放進去都可以,人進去了再出來也是「反人」——時間流淌的順序不一樣,這個能把正物質轉換成反物質的東西,在《信條》裡叫「旋轉門」,進去之後再出來,它就變成反物質了,其中逆轉的子彈也是通過旋轉門得到的。

更為誇張的是,未來有個女科學家研究出一個「演算機」,旋轉門只能把單個東西逆轉,而演算機可以把整個世界逆轉……

什麼是反物質呢?迄今我們看到的物質都是正物質,和正物質性質完全相反的就是反物質,甚至連時間也是反的,即反物質的時間是倒流的。

在自然界中幾乎沒有發現反物質,後來,科學家在實驗室裡做了出來,如在CERN(歐洲核子研究中心)做出了「反氫」,即反質子。也就是說,我們也可以製造出反原子(由正電子圍著反質子轉動)、反元素、反化學、反人類,反地球、反太陽等等,甚至反宇宙都是可能的。

談到這兒不禁想起,我最欣賞的作家之一丹·布朗(超級暢銷書《達·文西密碼》的作者),在小說《天使與魔鬼》中,描寫了一小撮極端主義者策劃了一場陰謀,用一枚從CERN偷來的「反物質彈」企圖炸毀梵蒂岡。

這有可能實現嗎?

理論上而言,1克反物質和正物質一相遇,它們就會同歸於盡同時湮滅。而根據智能方程,當它們的所有質量轉化為能量了,就會大爆炸,輕鬆毀滅人類、太陽系,甚至整個宇宙。

不過,CERN在1分鐘之內最多能製作一千萬個「反氫」,看似很快很多吧,但是要知道,哪怕以這個速度製作出1克反物質需要一千億年(地球壽命才四十幾億年)……所以,無論旋轉門、演算機,還是反物質彈,都還只能出現在科幻作品裡。

當然,看科幻電影並非讓大家學物理,就像電影《信條》裡的那位科學家說的:別試圖去理解它,去感受它。

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    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。
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  • 反物質是什麼?可不可能存在由反物質構成的相反世界?
    雖然反物質與正物質有著不同的性質,但反物質依舊是具有質量的,正常物質具有的屬性反物質同樣也具備,只是反物質是正物質的鏡像罷了。1928年物理學家狄拉克首次從理論中預言了正電子的存在,正電子就是電子的反物質,正電子帶正電(後來安德森確實也發現了)。
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    這個能源就是反物質能源。對於反物質,相信大家都應該聽說過,它是正常物質的反狀態。當正反物質相遇時,雙方就會相互湮滅抵消,發生爆炸並產生巨大能量。正電子、負質子都是反粒子,它們跟通常所說的電子、質子相比較,電量相等但電性相反。科學家設想在宇宙中可能存在完全由反粒子構成的物質,也就是反物質。
  • 反物質的質量是否負的嗎?
    反物質沒有負質量。在我們的宇宙中,沒有負質量這樣的東西。質量僅以正形式出現。相反,電荷可以是正或負。負質量的不存在具有深遠的影響。首先,引力總是有吸引力的,永遠不會排斥。據推測,如果存在負質量,它將被具有正質量的物體(例如地球或太陽)所排斥。
  • 什麼是反物質?怎麼理解?宇宙的終極能源,反物質到底有多強?
    反物質是什麼?反物質就是與正常物質狀態相反的物質,比如原子的原子核帶正電,核外是帶負電荷的電子。而在反物質的世界裡,他是由帶負電的原子核和帶正電的電子構成的。也就是說,一切可以相反的性質都會相反。最早提出正電子存在的是,英國物理學家狄拉克,他從理論上論證了正電子的存在。
  • 反物質有多大威力?它真的可以毀滅世界嗎?
    這麼說你可能不會有什麼概念,如果告訴你氫彈爆炸的質能轉化率僅為3%,那麼你就可以想像反物質有多麼恐怖了,此前還有人聲稱通古斯大爆炸也是反物質惹的禍,那麼反物質它的威力到底有多強呢?它真的可以使世界毀滅嗎?
  • 到底什麼是反物質?我們該如何研究反物質?為什麼它沒有毀掉我們
    雖然聽起來可能像科幻小說,但反物質確實存在於我們的日常生活中。它在現代醫學界被普遍使用。而且你家廚房裡的香蕉也能產生反物質。(稍後會再次提到這一點。)反物質是物理學界最大的謎團之一。當一個反物質粒子遇上一個與它相反的正常物質的粒子時,它們會「同歸於盡」並爆發出巨大能量。宇宙大爆炸之時,正常物質(即構成你和我等世間萬物的東西)和反物質本應該是被等量創造出來的。