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科学无国界?中国科学家发现反物质,两次证明却被西方拒之门外!
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2023.08.24 江苏

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美国总统拜登在联合国大会上发表了一番关于科学无国界的演讲,试图掩盖他们对中国科学家的打压和排斥。

然而,历史不会忘记,美国曾经多次对中国科学家进行了不公正和歧视性的对待,甚至剥夺了他们应得的荣誉和成果。

今天,我们就要讲述赵忠尧教授的故事,他是世界上第一个发现反物质的人,但却被西方拒之门外,错失了诺贝尔奖和两弹元勋。

反物质弹的原理

可能你听说过原子弹、氢弹,但你知道还有一种比这两种都更厉害的武器吗?它就是反物质弹,一种利用正反物质湮灭释放巨大能量的未来毁灭性武器。

它的威力远超原子弹和氢弹,而且它不会产生核辐射和核污染,是一种所谓的“清洁”武器。但是要制造反物质弹并不容易,因为反物质只能通过高能粒子加速器来人工合成。

目前世界上只有少数几个国家拥有这种技术,而且成本非常高昂。据估计,要制造出一克的反物质,需要花费约2500亿美元。

那么什么是反物质呢?简单地说,反物质就是与普通物质相对应的一种物质,它们的性质完全相反。比如说,电子是一种带负电的粒子,那么反电子就是一种带正电的粒子。正电子和电子是一对正反物质。当正反物质相遇时,它们就会互相消灭,同时释放出巨大的能量。

这就是正反物质湮灭的原理。如果我们把一克的正电子和一克的电子放在一起,它们就会爆炸,并释放出相当于4.3万吨TNT炸药的能量。

这已经超过了广岛原子弹的威力了。而且这种爆炸不会产生任何核废料或辐射,只会产生一些高能光子和中微子。

那么我们怎么制造反物质呢?我们不能直接从自然界中找到反物质,因为它们太稀少了。我们只能通过高能粒子加速器来人工合成反物质。高能粒子加速器就是一种可以把普通粒子加速到接近光速的装置,然后让它们撞击靶物或其他粒子。

在这个过程中,会产生大量的新粒子,其中就包括了反物质。比如说,在欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)中,每秒钟就可以产生出约1000个反氢原子。但是这些反氢原子很难保存下来,因为一旦它们接触到普通物质,就会立刻湮灭掉。

所以我们需要用特殊的磁场来把它们隔离起来,并用极低的温度来冷却它们,防止它们飞走或碰撞。目前CERN已经成功地保存了3000个反氢原子长达16分钟。

如果我们想要制造出足够多的反物质来制造反物质弹,我们就需要有更大更强的粒子加速器,并且有更先进更稳定的储存技术。这些都需要巨大的投入和风险。而且即使我们成功地制造出了反物质弹,我们还需要考虑如何安全地运输和使用它们。

因为一旦反物质弹的保护层被破坏,它就会立刻爆炸,造成不可估量的损失。所以反物质弹虽然是一种非常强大的武器,但也是一种非常危险的武器。它可能会给人类带来灾难,而不是福祉。

赵忠尧发现反物质

看到这里,有人可能会觉得反物质弹是一种很新的概念,但其实反物质的发现已经有近百年的历史了。而且令人惊讶的是,世界上第一个观察到正反物质湮灭并发现反物质的人,就是我国的核物理学家赵忠尧。

他是我国核物理学界的开创者,是大师的导师。他培养了8位两弹一星的功臣,却没有得到应有的荣誉。他两次失去了辉煌的机会:一次是诺贝尔奖,一次是两弹元勋。

那么赵忠尧是如何发现反物质的呢?他在1927年到美国加州理工学院攻读博士学位,他的导师是著名的诺贝尔奖得主密利根。当时,密利根给赵忠尧的博士论文方向是让他去验证一个已经被广泛接受的公式,这个公式是关于伽马射线穿过物质时的能量损耗的。

伽马射线是一种高能的电磁波,它可以穿透很多物质,但也会被一些物质吸收一部分能量。这个公式就是用来计算伽马射线被吸收的能量的。

按理说,这个公式应该是正确的,但赵忠尧在实验中却发现了一些奇怪的现象。他发现当伽马射线穿过像铝这样的轻元素时,它们被吸收的能量符合公式的预期。

但当伽马射线穿过像铅这样的重元素时,它们被吸收的能量比公式计算的结果还要大40%。这就说明这个公式有问题,或者说伽马射线在穿过重元素时发生了一些我们不知道的事情。

赵忠尧把这个发现告诉了密利根,但密利根不相信他,认为他一定是做错了实验。密利根让赵忠尧重复实验,并且用更精确的仪器来测量。赵忠尧就按照密利根的要求做了第二次实验,结果更加惊人。

他不仅再次观察到了伽马射线穿过重元素时发生的反常吸收,而且还发现了伽马射线穿过重元素时辐射出了更多的能量。这就更不合常理了,因为如果伽马射线被吸收了更多的能量,那么它应该辐射出来的能量就应该减少才对,怎么还增加了呢?

赵忠尧意识到自己可能发现了一种新的物理现象,于是他把自己的实验结果写成了论文,并发表在1930年的美国物理评论上。这篇论文引起了轰动,因为它首次证明了反物质的存在,以及正反物质湮灭释放巨大能量的现象。

赵忠尧通过分析伽马射线辐射出来的能量和角度,推断出在伽马射线穿过重元素时,会产生一种新的粒子,这种粒子与电子完全相反,它带有正电荷,并且与电子相遇时会互相消灭。

这种粒子就是我们现在所说的反电子。反电子是反物质中最简单也最基本的一种粒子,它与电子是一对正反物质。

赵忠尧的实验是一个重大的突破,它开启了反物质研究的新纪元。后来的科学家在赵忠尧的基础上,发现了更多的反物质,如反质子、反中子、反氢等。他们也发现了正反物质湮灭的更多细节和规律,以及正反物质湮灭在能源和武器方面的潜在应用。

赵忠尧的实验为理解物质的本质和构成,以及开发新型能源和武器提供了重要的线索。这个现象后来被称为赵忠尧效应,以纪念他对反物质研究的杰出贡献。

错失诺贝尔奖

按理说,赵忠尧应该获得诺贝尔奖,这是对他的最高的肯定和尊重。但是在1936年,这个奖项却颁发给了赵忠尧的同班同学安德森,而赵忠尧却被冷落在一旁。这到底是为什么呢?

实际上安德森是受到赵忠尧的启发才在两年后发现了正电子的存在。这显然不能服众,当时海外华人科学家都纷纷为赵忠尧抱不平。

但一直到半个世纪以后,我们才从当年参与诺贝尔奖评选的科学家口中得到事情的真相:一是当时西方对中国人的歧视,认为中国不可能出现杰出的科学家。

二是当时美国还有两名学者模仿了赵忠尧的实验,但他们犯了一些实验步骤和原理性的错误,得出了与赵忠尧不同的结果,混淆了评委的视听。就这样世界欠赵忠尧一个诺贝尔奖。1983年后杨振宁还专门收集资料帮助赵老师澄清了这段冤屈。

但当时的赵忠尧志不在此,他认为一个人在国外有再大的成就对于提高中华民族的科学文化水平意义不大,只有回国建立核物理研究基地才能为祖国培养更多的人才。

回国后的发展

于是1931年,赵忠尧发表那个划时代反物质论文的第二年就匆匆回国。赵忠尧回国后,就开始了中国第一个核物理课程,培养了很多物理学家。他还建立了中国第一个核物理实验室,引进了先进的仪器和设备。

他在国内开展了很多有关原子核、粒子、辐射等方面的研究,取得了很多重要的成果。他还参与了我国第一个原子能计划的制定和实施,为我国的核事业发展奠定了基础。

赵忠尧最大的贡献是他主持建设了我国第一、第二台质子静电加速器。质子静电加速器是一种可以把普通粒子加速到高速的装置,然后让它们撞击靶物或其他粒子。

在这个过程中,会产生大量的新粒子,其中就包括了反物质。质子静电加速器是研究原子核和粒子物理的重要工具,也是制造反物质和反物质弹的必要条件。

赵忠尧在1955年和1958年先后完成了我国第一、第二台质子静电加速器的建设,并且用它们进行了很多有意义的实验。他用第一台质子静电加速器观察到了正反氢原子湮灭产生伽马射线的现象,这是我国首次观察到正反物质湮灭的现象。

这些实验都证明了赵忠尧在1930年发现反物质时得出的正确结论,并且进一步揭示了正反物质湮灭的细节和规律。

赵忠尧建造的两台质子静电加速器为我国的核事业发展提供了强大的支持。他的学生们在两弹一星的研制工作中做出了巨大的贡献,而他却因为一些历史原因错过了我国两弹一星的研制工作,再一次与辉煌头衔失之交臂。尽管如此,他依然忠于科学、忠于祖国,低调谦逊,从不张扬自己。

1998年5月28日,96岁的赵忠尧平静地离世。很少人知道他是谁,也很少人知道他为这个强大的国家做过的一切。

结语

赵忠尧做出诺贝尔奖、做出两弹元勋的事业,却没有得到应有的荣誉。但他只心系国家,曾说:“我们已经尽了自己的力量,但国家尚未摆脱贫穷与落后,尚需当今与后世无私的有为青年再接再厉,继续努力。”

这是一个伟大而悲情的科学家对我们的期望和嘱托。他用自己的一生为我们树立了一个光辉的榜样,让我们向他学习,为祖国和科学奋斗。

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