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反物质能量无可比拟!我们如何“拿捏”它?

时空通讯
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现代科学认为,只要一点点反物质就能释放出巨大能量,是最理想最完美的能源。那么,这种能量如果被kb分子攫取,那世界人民不就惨了?看到世界上日益恶化的局势,比如说中东局势,许多人为此表示担忧。

反物质之所以是能源的天花板,是因为反物质和正物质碰到一起就会发生湮灭。何为湮灭?就是化为乌有,消失了。在正反物质湮灭的短暂瞬间,会发出剧烈的爆炸,释放出正物质和反物质叠加质量的全部能量,这个能量的总量等于爱因斯坦质能方程公式:E=mc^2,就是能量等于物质质量乘以光速的平方。

也就是1克正物质和1克反物质碰撞,会释放出2克物质质量的全部能量。按质能方程公式计算,可以释放出1.8^14J(焦耳)的能量,相当于5000万度电或4.3万吨TNT炸药爆炸的能量。

现在人类如果要到达火星,星舰所消耗的化学燃料需要数千万吨,而采用反物质能源则只以克计,这是一种多么巨大的革命与进步啊。

人类已经发现并试图利用的最清洁高效能源是核聚变,如果能将这种巨大威力的能量用于社会生产和生活,人类文明将跃升到一个新的层次。但这种能源的质能转化率也只有千分之七,与反物质与正物质湮灭100%的转化率相比,连零头都没有。

因此,正反物质湮灭,是一种十分完美的质能转换,且转换后在这个世界不留下一丝痕迹,也就是没有一丝污染。如果能将这种能量运用于人类生存和发展,当然就是能源利用的天花板了。

那么,这个世界到底存在反物质吗?

当然存在。科学研究证明,组成世界所有物质的各种基本粒子,都有其反粒子。科学家们已经在实验室里捕捉到了反物质,尽管这些反物质目前只有原子和亚原子级别,但足以证明反物质是真实存在的。

所谓反物质就是与我们世界正物质相反的物质,这个相反不是看起来相反,而是本质上内在组成的相反。如所有可见正物质都是由原子组成,原子是由原子核和电子组成,原子核中的质子带正电,围绕着原子核运动的电子带负电,正负相抵,物质就呈现电中性;而反物质虽然同样是原子组成,但其原子核带负电,电子带正电,正好与正物质相反。

在我们世界,反物质其实无处不在,比如人体和香蕉就都会释放正电子,一只香蕉一天可以释放19个正电子。这是因为人体和香蕉都含有少量钾-40,这种元素是钾的天然同位素,会在衰变中释放出正电子。

医学上用来检测癌症的“正子断层造影”(PET)就是使用反物质的原理。仪器产生的正电子在与人体物质接触后湮灭,会产生伽马射线,通过对这些伽马射线的捕捉和分析,医生就能了解被检查者的身体状况。

但反物质普遍存在并不等于就很容易得到,换句话说要得到反物质甚至比登天难多了。现在世界航空航天业飞速发展,登月球上火星都在变成现实,但科技界穷尽了一切,也得不到一克反物质,就连一毫克也得不到。

首先,因为在我们这个世界反物质太少了,只能以亚原子方式存在。目前发现的反物质粒子包括反氢原子、正电子、负质子、反阿尔法粒子(反氦-4)等。其中最重的反物质就是反氦-4,要1505万亿亿个这样的粒子,才有1克质量。

而现在这些反粒子几乎都是依靠消耗巨大能量人工制造,制造出来的数量是以个计算的。

其次,反物质的保存极其困难,因为我们这个世界正物质无处不在,反物质一出生就会立即与正物质湮灭了,存在不了一毫秒。

科学家们为了保存制造收集到的反物质粒子,绞尽脑汁,目前至少需要创造两个条件,才能让捕获到的反物质粒子稍微在这个世界多停留一会。

这两个条件就是:首先要将这些粒子温度设法降到0.5K,也就是摄氏零下二百七十二点六五度,极端接近了绝对零度,让这些反粒子处于低能状态,运动迟缓,就算“抓住”了;另外就是利用这些粒子具有的弱磁性,制造一个磁力场陷阱,也叫磁阱或磁瓶,将这些反粒子束缚在其中,不与任何物质接触,它们才能勉强存活。

为什么说只能勉强存活呢?因为这个技术的难度太大了,极难将这些粒子在磁阱中保存长久。科学家们费尽心机奋斗了几十年,反粒子的保存时间从早期的0.17秒到现在的1000秒,就再也难以延长了。这种时间只能满足部分研究需要,如果能延长到30分钟,才能满足大部分研究需要。

而即便这样,也只能抓几个粒子研究研究,距离得到能看得见的反物质远着呢。据相关资料介绍,全世界科学家动用世界极大资源,花费了无数金钱研究了几十年,得到的反物质总量才只有15纳克,也就是一亿分之一点五克,这些反物质粒子全部湮灭的能量,连一杯水也烧不开。

人类现有的技术要制造反物质粒子只能采用大型强子对撞机,据科学测算,一套大型强子对撞机对撞一千年,才能撞出一微克反物质。而要制造出一克的反物质,光是消耗电能就需要2.5*10^16度电,电费如果按1元一度计算,制造1克反物质仅电费就需要2.5亿亿元人民币,不包括惊人的人力物力等运行费用。

这是什么概念?全世界2022年国民生产总值约为100万亿美元,折合人民币约730万亿元。而制造一克反物质的电费就需要全世界国民生产总值的34倍,也就是说全世界人民不吃不喝不穿不住不行,还要天天劳作34年,才能制造出1克反物质。

因此,在现有理论和技术没有突破之前,人类利用反物质的愿景还只能是一个梦想,不可能实现。因此可以看出,在现阶段认为恐怖分子会弄到反物质,并且利用这种恐怖能量进行屠戮的担忧完全是多余的。

那么这样看来,反物质利用只是一个不切实际的幻想了,科学家老纠缠这个研究课题岂不是劳民伤财?

我认为不能这么看,因为我们这个世界还有许多的未知领域,其中反物质就是还需要探索的未知世界之一,这个问题,很可能关系到宇宙的终极奥秘,弄清它将对人类文明今后的走向和延续有着至关重要的作用。

而且,我们现在无法利用反物质能源,不等于将来永远无法利用,只要积极探索和研究,总有一天能够弄明白,并且用之于人类文明。

在我们这个世界,反物质的量极少,那么,在我们宇宙到底有没有大块甚至星球级的反物质呢?这一点,科学界现在还颇有争议,经过多年的探索和研究,现在的共识是,至少在距离我们相当距离范围的宇宙中,是不存在大量反物质的,否则,我们太阳系和地球就危险了。

1997年4月,美国天文学家宣布利用伽马射线探测卫星,发现在银河系上方3500光年处有一个反物质喷泉,中国科学家也参与了这项研究,但最终并没有被证实。

诺贝尔奖获得者,美籍华裔科学家丁肇中对此兴趣盎然孜孜以求,后半生基本沉浸在这项研究中。在他参与下,老美于1998年6月利用发现号航天飞机携带发射了阿尔法磁谱仪到太空,专门用来寻找宇宙中的反物质。

但至今并没有可靠证据证明宇宙中存在大量反物质,探索依然在进行中。一些科学家认为,宇宙中即便真的存在一个反物质世界,或者说反物质星系,距离我们至少在3500万光年以上。

即便未来能够证实在3500万光年以外真的存在反物质世界,要利用它也还是一个望尘莫及的梦想。

因为人类现在的航天技术还停留在很原始阶段:载人航天还没有脱离地球引力,即便无人探测器飞出了地球引力,仅仅飞出太阳系引力范围都需要数万年。而太阳系的引力圈半径才一光年。即便未来发明了光速或亚光速飞船,飞到3500万光年外也需要3500万年以上。

只有人类文明达到可以利用时空折叠技术进行曲速航行,或实现了虫洞穿越,才有可能实现如此远距离的时空探索。但即便这样,如何能够靠近反物质区域而不被湮灭,又如何能够采集到大量的反物质,将其保存起来加以利用,也是一个极难攻克的难题。

当然,这一切的担忧可能是人类目前文明程度还处于低级阶段的简陋认知,一但突破了卡尔达舍夫文明二级,甚至到达三级,理论上就能够有重大突破,或许那个时候利用反物质就再也不是什么难题了。

按照卡尔达舍夫指数测评,人类文明现在还只有0.73级,科学预测认为,要发展到一级文明,还需要奋斗200年;发展到二级文明,至少需要5000年;发展到三级文明需要多久,还是遥遥无期的未知数。由此我认为,人类要达到大规模利用反物质的能力,至少在5000年以后。

对此,各位有什么看法,欢迎讨论。

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评论
月宫一郑红梅
大学士级
当然,这一切的担忧可能是人类目前文明程度还处于低级阶段的简陋认知,一但突破了卡尔达舍夫文明二级,甚至到达三级,理论上就能够有重大突破,或许那个时候利用反物质就再也不是什么难题了。
2023-11-10
月宫一郑红梅
大学士级
只有人类文明达到可以利用时空折叠技术进行曲速航行,或实现了虫洞穿越,才有可能实现如此远距离的时空探索。但即便这样,如何能够靠近反物质区域而不被湮灭,又如何能够采集到大量的反物质,将其保存起来加以利用,也是一个极难攻克的难题。
2023-11-10
红寺堡何建军
贡士级
反物质之所以是能源的天花板,是因为反物质和正物质碰到一起就会发生湮灭
2023-11-10