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单克价格62.5万亿美元!昂贵的反物质,为何被誉为终极能源?

xiaoqiang2022-01-15 02:36:50节日祝福7来源:长智网
单克价格62.5万亿美元!昂贵的反物质,为何被誉为终极能源? 第1张

虽然现在的世界从整体而言还是比较和平的,但是竞争其实一直都存在。当今世界的主要竞争对象就是能源,之前就有不少言论指出“得石油者得天下”,而随着科技的发展,化石燃料的地位也在悄然变化。换句话说,如今化石燃料仍旧是不可或缺的存在,可是人类也将目光放到了其他能源之上。

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提及新能源,大家首先想到的可能就是风能、太阳能以及最近频频出现在我们视野当中的核聚变。但是今天的主角却比核聚变还要恐怖,这种能源的每克价格达到62.5万亿美元,还存在着“有价无市”的稀缺问题,这就是神奇的反物质。

反物质是什么?

从字面上来理解,反物质其实就是正常物质的反状态。我们的世界是由物质组成的,而物质又是由无数基本的粒子构成,科学家通过研究发现,宇宙中竟然存在着“反粒子”,而这些由反粒子构成的物质就被称为反物质

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提及反物质的发现与研究必然不能绕过著名物理学家保罗狄拉克,之前也有不少人认为他是发现反物质的第一人。狄拉克确实在试验工作当中,预测到了宇宙存在正电子。

但是人类物理学史上第一个发现反物质的物理学家应该是中国科学院院士赵忠尧先生,他发表的《硬γ线的吸收系数》和《硬γ线散射》论文中,都观察到了特殊的辐射,而这些辐射正是由正负电子碰撞湮灭后发出的。由于他发表的论文要早于狄拉克,因此他才是第一个发现反物质的物理学家,而狄拉克应该是开创了反物质理论的研究和实验。

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赵忠尧先生


我们在前文中提到了反物质就是正常物质的反状态,所以可知它的构造也与正常物质是对称的。最初科学家们发现反物质是先发现其中的组成部分“反粒子”,像负质子和正电子这些都属于反粒子,它们与我们熟知的电子、质子相对。所以,现在所提到的反物质,其主要构成部分就是“正电子”,而它的原子核却带有负电荷。

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简单来说,反物质与正常物质的所有属性都呈现出相对的状态。而如果按照标准模型来说,反物质在面对重力时也可能会出现不一样的情况。正常物质在重力作用之下都是会“向下掉”的,而反物质极有可能“往上掉”。基于这种猜想,许多科学家都推测过中微子可能也是反物质的一种类型。

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人类虽然早在上世纪时就已经发现了反物质但是研究和制造它的过程可谓是十分艰辛,因为想要通过人为制造出反物质是非常困难的。不仅需要花费大量的原料,成功率也很低。所以反物质一度达到单克62.5万亿美元的天价,而且属于有价但无“实物”的状态。

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在我们普通人看来,不就是和正物质相反吗,这好像也没什么特别的。实际上反物质的价值远远超出了我们的想象,因为其特殊的性质,一度被科学家们誉为是终极能源。要知道频频登上版面头条的核聚变,也没有获得“终极能源”这一殊荣,那么反物质到底凭什么被冠以“终极能源”的称号呢?

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反物质被称作终极能源的原因

在前文中我们就提到了,当今世界的竞争主要集中在能源这一板块,这是因为科技的发展离不开能源。更不用说,从过去到现在,人类都不曾放弃过星际遨游的梦想,而想要遨游宇宙或者飞出太阳系,就需要制造出可以达到光速飞行的飞船。反物质与物质碰撞湮灭之后的能量,就能轻而易举地将飞船推向光速甚至是超光速。

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获得过多次奥斯卡男主角奖项的汤姆·汉克斯相信大家都不陌生,由他主演的电影《天使与魔鬼》当中就有提到反物质的强大威力。在电影当中,仅仅几克反物质就足以炸毁整个梵蒂冈。从这里不难看出,反物质与物质湮灭时释放出来的能量,远远超过了核弹。

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《天使与魔鬼》中的片段


1千克反物质与物质湮灭后释放出的能量,相当于1千克核裂变反应堆燃料释放能量的1000多倍。并且,反物质与物质湮灭时并不会像核弹爆炸那样产生辐射,所以可以说是“干净又高效”的清洁能源。

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说到这里大家想必都明白为什么反物质能卖出天价,而且成为科学界的“香饽饽”了。因为如果能将反物质用作燃料支撑航天飞行,那实在是太让人期待了,为什么这么说呢?因为现在的航天飞行最难解决的就是“燃料供给”,传统的化石燃料确实够用,但是转换成能量的效率太低了,并且因为其重量,导致航天器无法携带太多。

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但是反物质的出现就为这一问题带来了曙光,它不仅可以产生远超传统化石燃料数倍的能量,需要的克数还很少。所以,如果反物质的研究成功,人类的宇宙飞船将不会再受到广阔宇宙尺度的限制,在有限的生命当中我们可以前往更多未知的星球。

科学家们计算的结果显示:一艘采用正、反物质湮灭反应驱动的超级飞船,其在太空航行的速度可以达到光速的70%。如果乘坐这样一艘飞船,从地球出发前往距离最近的一颗恒星比邻星(距离4.2光年)只需要6年时间。

可见,反物质之所以能超越核聚变一举成为终极能源,是因为它能够创造的价值实在是难以估量。也正因如此,反物质成为了科幻小说当中的常客,在许多小说中都有提到反物质飞船和反物质武器。

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反物质武器


比如我们最熟悉的《三体》中,三体人派遣前往地球的第一舰队就使用了反物质发动机,可以迅速提速。在这样的同等换算下,人类如果乘坐反物质飞船,只需要45分钟就可以抵达火星,这是什么概念?届时,太阳系的行星可能都要变成隶属于“地球”的省份了。

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反物质的难题

前文中我们对反物质的发现以及它独特的价值都有了一定的了解,相信大家可能都已经开始畅想“遨游太空”的美梦了。确实,反物质的种种特性都告诉我们,如果人类可以制造并且熟练地运用它,那么我们的“科技”和生活将会迎来翻天覆地的变化。这已经不仅局限于技术革新了,这意味着人类的“宇宙大航海时代”将被开启。

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但是,现实当中想要制造并保存反物质却是非常困难的。当科学家们发现了反物质的存在之后,就开始尝试使用各种方法制造它,比如使用粒子对撞机或者激光等等。可是很遗憾,科学家们可谓是“一顿操作猛如虎,一看产量仅15”,大家可能以为这个15的单位是克。但显然不是的,真正单位是15毫微克

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根据相关报道显示:世界上最大的粒子物理研究中心——欧洲粒子物理研究所创造出的所有反物质只有1毫微克。 在德国汉堡的德国电子同步加速器,至今大约只有2毫微克的正电子被生产出来。

所以,期待利用反物质实现宇宙遨游的人可能要失望了。毕竟细数从发现到现在人类制造出的反物质总和,都没有几克。毫不夸张地说,让这些人造反物质和物质进行湮灭之后产生的能量,都无法将一杯水烧开。

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再者,统计数据显示。如果要想人工制造出反物质,平均制造1克就需要耗费将近2500万亿千瓦时的能量,而花费的资金更是高达千万亿美元。可是,反物质的难题不仅限于开发困难,其特质也意味着想要保存它也是非常困难的。

反物质在接触到物质之后,就会与之碰撞湮灭并且产生能量。所以科学家们制造出来的反物质往往在器皿当中只存在了几秒钟,就与杯壁发生接触消失不见了。这种遇见立即“同归于尽”的性质使得大家非常头疼,毕竟无法保存就没法深入研究,更别说作为能源或者燃料使用了。

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可见,人类对于反物质虽然极度的渴求,但是确实面对产能低和保存难这两大拦路虎只能束手无策。不过,相信随着科研的不断进步,迟早有一天人类能够实现使用反物质这一梦想。

值得一提的是,我国也有对反物质进行研究。据2016年的新闻报道,在2016年3月10日,中科院的上海光机所宣布了一个喜讯,他们利用超强短激光成功制造出了反物质。这个让各国垂涎的“终极能源”,早已成为了全世界重点关注的对象。

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宇宙反物质消失之谜

按照反物质接触物质就立即湮灭的特质来看,我们的宇宙应该不存在物质才对,为什么这么说呢?因为如果宇宙诞生之初,正反物质处于对等的状态,那么它们就会持续不断地碰撞湮灭产生能量,如果这样下去,所有的物质都会转化为能量,那么宇宙的万物就无法产生了。

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而现在的宇宙当中其实是存在反物质的,像宇宙中经常出现的高能粒子流都能释放出反物质。并且其实人体和香蕉也能产出“正电子”,不过这些微小的反物质出现之后就迅速与正物质碰撞消失不见了。

对于宇宙当中的正反物质碰撞这件事情,科学家指出,这可能是因为反物质和正物质并不是对称存在的。换句话说,虽然它们看起来像是照镜子的双胞胎,但是在宇宙诞生之初其含量是不同的,物质的含量应该远远超过了反物质

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镜像宇宙的猜想

提到了正反与镜像,就必然要说说镜像宇宙这一概念。许多理论当中镜像宇宙的产生也与反物质息息相关,或者说它也可以被称为是“反物质宇宙”。宇宙中神秘消失的大量反物质可能聚集在一起形成了与我们相对的镜像宇宙,在那里物质的性质相反,时间的“尺度”相反。

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甚至说,镜像宇宙当中存在着一个和你一模一样的人。不过他所面临的世界和经历的一切事情都与你相反,你们还会在某一时刻感应到彼此的存在,真是细思极恐。总之,反物质带来了谜题很多,但是如果真的可以有效开发和使用,那么它确实可以称为是“终极能源”。