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反物质能真是世界最可怕能源 1克反物质真能摧毁整个地球?

2019-05-19

这究竟是一种什么样的物质?为什么在宇宙中到现在还没人能发现它,却到处都有它的存在?为什么想要生产一千亿分之一克的反物质,竟然要耗费六十亿美元?为什么零点几克的反物质就能毁灭一座城市?

什么是反物质?要是用物理学来解释可能有点深奥,我们先来引用美国著名悬疑作家丹·布朗在畅销书《天使与魔鬼》中提到的一些话:“反物质是人类目前所知的、威力最大的能量,它能百分之百地释放能量,而原子弹的核裂变效率只有百分之一点五左右。反物质不会造成污染,也不产生辐射,像水滴那么大的一点反物质,就能维持整个纽约城全天所需要的能量。不过,先不要太乐观,这里面可能隐藏着巨大的危机……

“反物质极其不稳定,它能把接触到的任何东西化为灰烬,就连空气也不能例外。仅仅一克的反物质,就相当于二十万吨TNT当量核弹爆炸的能量,比当年扔在广岛的那颗还要强两千多倍……”

这是丹·布朗在书中说的话,他在小说中设计了有关反物质的情节,说恐怖分子企图从欧洲核子机构偷取0.25克反物质,用来把整座梵蒂冈城炸毁。严格来讲,他的情节设计和某些说法有些地方夸张了,但大体是对的。

用最通俗的话来讲,反物质其实就是和正物质完全相反的物质,而我们在地球上生活中所看到的、摸到的、听到的一切物质,全都是正物质。反物质是正常物质的反状态。正反物质一旦相遇,双方就会相互湮灭而抵消,而且会发生爆炸并产生巨大能量。这种能量的释放率,要远远高于原子弹和氢弹的爆炸。

一些科学发现常常会让人们目瞪口呆和难以置信,而正是这些发现,推动了人们对世界的认识和进步,反物质的发现就是这样。1932年,美国科学家安德森在研究来自遥远太空的宇宙射线的过程中,意外发现一种粒子,这种粒子的质量和电量都与电子完全相同,唯一不同的是,在磁场中弯曲时,这种粒子的方向和电子相反,也就是说它是正电子。正电子的发现引起了科学界的震惊和轰动。它是偶然的,还是具有普遍性?如果具有普遍性,那么其他粒子是不是都有反粒子?科学家们在探索微观世界的研究中,又新增加了一个目标。

在网上流传着关于反物质的很多传闻,比如“五千万分之一克”反物质就能摧毁大型设施、区区几克反物质就能毁灭地球等等,其实这些都纯属谣言,只是为了增加网络点击率而编出来的假消息。五千万分之一克的反物质湮灭时,能够释放出三百多万焦耳的能量,但这些能量还不足以摧毁什么大型设施;而五克反物质湮灭时能释放出三十六万亿焦耳的能量,这些能量是不小,但也不可能毁灭地球。早在1898年,英国的一位物理学家就提出:与普通的物质存在相同,应该也有一个镜像对应的反物质存在。不过当时的科学水平和试验条件都很差,所以他这个反物质的概念没有半点事实依据。但到了20世纪30年代初的时候,英国物理学家保罗·狄拉克又提出了更具体的反物质假说,他说:“每一种粒子都应该有一个与其相对的反粒子,比如反电子,两者的质量和电子完全相同,只不过携带的电荷正好相反。”

当正物质和反物质一接触,原子最外层的电子就会因为所携带电荷相反而抵消,原子核中的质子也会因为同样原因而相互抵消,反中子因为磁性而与中子相反,最后和中子进行强

烈的碰撞,发出惊人能量来。

大科学家爱因斯坦曾经计算过这种完整的能量释放比率,他说:“和正反物质相撞所释放出的能量相比,原子弹爆炸就像划了一根火柴那么微不足道。”

著名物理学家和天文学家拉普拉斯说过,天体都有巨大的引力,在巨大引力的作用下,会发生各类反应,比如发光发热。但物极必反,宇宙中最大的天体极有可能是肉眼看不见的。当引力随着质量而无限增大时,天体就会变成一个什么都没有的区域,它既不发热也不发光,也就是我们俗称的“黑洞”。

其实从哲学角度来讲,这个问题很容易回答。我国古代的阴阳太极图

就暗示了世间万物分阴阳,部分天文学家也认为有存在的可能,但还拿不出令人信服的证据。自从宇宙大爆炸理论出现后,科学家们就一直在努力从宇宙射线中找到神秘的反物质。但到现在为止,科学家们都没能找到反物质。

反物质的发现使人们联想起很多不解之谜,比如发生在1908年6月的通古斯大爆炸,其威力相当于几百颗氢弹一起爆炸。之前的说法是流星或陨石坠落,但又都不太像。

1979年9月22日,美国卫星拍摄到发生在西非沿海一带的强烈爆炸照片,经分析,它的强度相当于一次核爆炸。但当时只有美、苏、英等少数国家拥有核武器。第二年,这颗卫星

又在同一海域记录到与上次相同的现象,令政界和科学界大惑不解。

在1984年4月29日晚,日本的一架班机飞到美国阿拉斯加上空时,副机长突然发现飞机前方有一团巨大的蘑菇云,而且急速向四周扩散,天空一片灰蓝色。附近的一架荷兰班机也都看到了。事后却没发现有任何放射性污染的痕迹,但目击者十分肯定地说,那就是核爆炸产生的烟雾。

现在有了反物质这个课题,以上这三个现象似乎都有了很合理的解释。同时,否定反物质的人很多,美国宇宙学家施拉姆就说过:“大多数理论家的直觉都是反物质并不存在,这意味着如果你能找到它,就会是个很伟大的发现,也能证明这些理论家的直觉都是错的。但最大的可能是,这意味着你根本就找不到它。”

随着科学的发展,科学家们发现我们用肉眼和天文仪器能看到的宇宙,只有恒星或者星系,而这些物质只占宇宙总体的十分之一,另外那九成物质,都是以暗物质或反物质形式存在着的。1997年,美国天文学家宣布,他们利用伽马射线探测卫星发现在银河系上方约三千五百光年处,有个不断能喷射反物质的反物质源。它喷射出的反物质形成了一个高达三千光年的“反物质喷泉”。

由于我国也参与了这项研究,因此新闻媒体们曾经大力宣传过这个事情,著名华裔物理学家、诺贝尔物理学奖得主丁肇中教授也在努力研究。

这极大地震撼了物理学界,使科学家们寻找反物质的热情又高涨了。

在1998年6月3日,丁肇中教授发起了“寻找宇宙反物质”行动,由他一手研制的“阿尔法磁谱仪”随着美国发现号航天飞机上了太空,使得这个领域再度成为全球科学家关注的焦点。

曾经有人问,月亮和太阳是反物质组成的吗?太阳系里有反物质天体吗?

月亮是离我们最近的天体了,美国宇航员也已经在月球表面登陆过。如果月球是由反物质组成,那么在宇航员阿姆斯特朗与月球接触时,湮灭过程早已把他转化为介子。这是直接的证据,说明月亮是正物质的天体。太阳虽然是人类不可能登陆的地方,太阳表面的气体很热,热运动速度较快的原子已超过了太阳表面的逃逸速度,这就是太阳风的起因。如果太阳是反物质恒星,那么太阳风就是由反原子组成的,它能一直吹到行星上,也会和行星上的正原子相互湮灭。这样一来,由正物质组成的行星包括地球就会逐渐消失,但这种消失过程并没发生,所以说,整个太阳系中也没有反物质天体。

但这并不能说明,太阳系之外没有反物质天体,只是我们还没有能力找到它们。还有人提出了另外一个问题:黑洞是正物质组成的,还是反物质组成的?

这个问题就复杂了,由于视界的遮盖,人们还没办法探究黑洞的物质

构成,但由于黑洞的形成过程我们已经知道了,大多是由恒星的坍缩形成,而我们周围的恒星又没有由反物质构成的。这样一来,在黑洞的坍缩过程中不存在大规模物质和反物质的变化,所以可以推断出,我们观测到的黑洞都是由正物质构成的。

为了解开这个世纪之谜,中国和意大利在西藏海拔四千三百米的羊八井地区建了世界上第一个上万平方米的“地毯”式粒子探测阵列实验站,用来接收来自宇宙的高能射线和反物质粒子。

有人也许会问,为什么我们不自己制造反物质?生成反物质的速率极低,生产一千亿分之一克的反物质,需要耗资近六十亿美元,所以现在还不成熟。至于以后的人类是否能大量制造出反物质,就要看几百年后了。

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