62.5萬億美元一克!昂貴的反物質,為什麼被譽為終極能源?

天空之城 2020/11/23 檢舉 我要評論

在物理學中「守恆」是非常重要的,因此在愛因斯坦完成狹義相對論後,如何按照E=MC²,把盡可能多的質量「引出來」變成能量釋放出去,就成了物理學研究的一個熱門。

若干年後,在放射性原理和質能方程的指導下,人類製造出了原子彈和氫彈,前者屬於核裂變能量釋放,能把0.135%的質量轉化成能量,後者屬於核聚變能量釋放,能把0.7%的質量轉化成能量,可以看出不論是核裂變還是核聚變,它們的質能轉化率都不高。

質能轉化的天花板

在造價千億的粒子對撞機裡,物理學家們經常能撞出一些反物質,但由於它們的數量極其稀少且極易湮滅,所以目前製備一克反氫原子的成本高達62.5萬億美元。

根據質能方程E=MC²,如果一克反物質脫離磁束縛而與正常物質發生接觸,那麼這克反物質就會和正常世界中的一克物質發生湮滅,一共兩克物質將化作純能量釋放出去,威力則相當於4.3萬噸TNT爆炸,簡而言之,一克反物質的威力相當於兩顆廣島原子彈。

反物質的應用和前景

一切以「能量釋放」為目標的研究,最終都會優先服務於軍事,原子彈和氫彈便是最典型的例子,反物質自然也不例外。

雖然現在人類還沒辦法大規模製備反物質,將其做成「反物質炸彈」用於軍事目的,但電影《天使與魔鬼》中由微量反物質組成的「大規模武器」還是有可能在不遠的將來出現的,《三體》中維德用來威脅包圍星環城艦隊的「反物質步槍子彈」,同樣也屬於微量反物質武器,只是威力媲美核彈而已。

但從適用性角度來看,人類之間的戰爭其實是用不上反物質的,因為它威力太大了。把反物質當做武器好比在巷戰中使用原子彈,稍微出現一點偏差就有可能造成「傷敵1000,自損999」的賠本局面。

反物質能和平利用嗎?

在「距離可控核聚變永遠只剩50年」的情況下,人類距離能源危機並不遠,但由於目前制造反物質所消耗的能量比產出反物質可釋放的能量更大,所以把反物質當做能量來源,暫時還不具備經濟上的可行性。

但NASA對反物質還是很有興趣,因為他們對科學家計算結果顯示,只要有17克反物質和正常物質發生湮滅釋放能量,那麼飛船就能用這些能量到達距離太陽系最近的恒星,4.22光年外的半人馬座比鄰星。

在人類宇航技術還局限在化學動力+引力彈弓的今天,反物質所帶來的「宇航新時代」誘惑是非常大的,它完全能把人類宇宙「巡航」速度從現有的光速萬分之一(30km/s),提升到光速的百分之一(3000km/s)甚至是十分之一(30000km/s)

每秒3萬公里,意味著兩秒內就能繞地球一圈(赤道周長4萬公里),11秒內就能到達月球(地月距離38萬公里),拋開後勤保障不談,這個速度基本上能自由馳騁太陽系,且時間上也容易被人類接受。

《三體》中的三體第一艦隊用的就是反物質加速,但它們並不是製備反物質,而是用磁場收集太空中的反物質粒子,每隔相當長一段時間才行加速一次,其餘都只能以光速的百分之一前進,所以書中的三體人需要400年才能到達地球,可謂漫漫遠征。

反物質在宇宙中扮演什麼角色?

目前的宇宙學研究表明,在宇宙大爆炸之初,反物質要比普通物質少一點點,這個現象在物理學中被稱為「對稱性破缺」,是個比較特殊的情況,因為對稱性基本上可以說是宇宙的本質之一,但反物質為什麼比普通物質少一點,現在還是個值得研究的問題。

不過也多虧了這個「不對稱」,宇宙才得以出現物質和我們人類,而不是在大爆炸瞬間湮滅得乾乾淨淨,但如果多元宇宙真的存在,那麼就有可能存在一個由反物質構成的宇宙,對那個宇宙的智慧生命來說,我們宇宙的物質就是反物質......

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