在很多科幻小说里,东西方都会提到一种叫做反物质的武器 。比如《三体》,子弹里装了反物质攻击太空城,攻击力极其可怕 。这种武器的原理是利用正负粒子之间的湮灭,以异常猛烈的能量爆发,摧毁敌人的有效目标 。
在一些科普作品中,未来的人类可以大规模制造和使用反物质,代表着人类文明已经开始向星辰大海进军 。这是因为传统的化学火箭甚至核动力火箭都无法满足能量需求,只有反物质动力的航天器才能满足能量需求 。
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反物质武器?
但是在现实中,反物质的制造是非常困难和昂贵的 。科学家估计,以目前的工业和科技水平,生产1千克反物质将耗费美国100年的GDP 。这显然是因为我们还没有找到一种廉价的制造方法 。
说到反物质,我们应该知道第一个提出反物质概念的科学家狄拉克 。狄拉克在物理学史上有着非常高的地位 。如果说爱因斯坦是物理学只能仰视的“教皇”,那么狄拉克可以称之为沙迦的“黄金圣徒” 。仅通过理论计算,狄拉克就预言了正电子的存在,这是人类对反物质认知的开端 。
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物理学家狄拉克
【9千万亿美金什么概念,1000亿美金什么概念】后来,宇宙天文学家卡尔安德森通过观察高能宇宙射线,直接观察到正电子的存在 。现在欧美的科学实验室能产生的反物质非常少,往往只有十几个甚至几个原子,但已经花了不少钱了 。
为什么制造反物质这么难,这么贵?原因有四个:
第一,制造反物质需要耗费大量的能量,只有超大型机器才能做到 。普通实验室根本没有这个硬件 。
第二,制造反物质的技术要求高,往往需要一大群科学家的合作 。仅靠个人智慧和努力是不可能胜任的,科学界也不再是一个人单干的时代 。
第三,即使制造反物质,也很难找到好的储存方法 。反物质一旦遇到任何物质,都会立即爆炸,发出强烈的射线 。为了保护
存反物质,科学家只能使用强磁场,将它们约束在一个高度真空的容器中 。而要维护这个真空容器的状态,也是非常麻烦的事情 。
第四,利用已知的制造反物质的方法,每次只能偶尔制造出一两个反原子物质,有时候实验室一年才能够制造出10来个反原子物质,数量太过于稀少 。物以稀为贵,反物质自然不会便宜 。
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反物质概念
正因为如此,反物质是世界上已经知道的最为昂贵的物质 。过去,美国物理学界有过大致估算,仅仅是制造1克反物质,就需要至少5000亿美金的投入 。这还是90年代的说法,如今是2020年,已经过去20多年,5000亿美金,至少相当于现在的10000亿美金 。也就是说,一克反物质,就需要至少耗费10000亿美金才能制造出来,是名副其实的“万亿物质” 。
而世界上有史以来最强大、富裕的美国,2018年的GDP为20.5万亿美金,用一年的所有GDP,差不多可以制造出20克反物质 。想想也知道,美国不可能把所有的GDP都投给科研工作,更何况是制造反物质?
所以说,反物质极端昂贵的程度不是我们可以想象的,即使把它们制造出来,也无法投入大规模应用,因为谁也用不起 。
正电子是最简单,也是最容易被制造出来的反物质 。科学家不满足于此,还在寻求制造更加复杂的反物质 。比如说,试图制造一些反氢原子物质 。
反氢原子是由一个正电子和一个反质子构成,即“”反氢原子=正电子+反质子” 。科学界一直猜测这种反物质是否与普通物质一样具有对称性 。为了制造出反氢原子物质,早在1994年,美国斯坦福大学的物理学家斯坦布鲁斯基设计出了一种方法,专门用于制造反氢原子 。
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欧洲核子研究中心
这个方法是,让反质子通过一束氙气,氙原子核包含54个中子和54个质子,在氙原子核附近,一个反质子会与一个质子发生碰撞,然后产生一个光子 。光子又会产生一个负电子-正电子对 。当反质子源源不断的通过氙原子核附近的时候,偶尔会有一个正电子与反质子发生组合,变为一个反氢原子 。如果这个实验过程足够长,也就有更大的概率产生更多的反氢原子 。
但是,斯坦福大学的实验室条件不够,经费也不足 。他发明的制造方法被告知于他的德国同行沃尔特奥梅勒 。沃尔特是欧洲核子研究中心一个研究项目的负责人,他利用美国人发明的方法,在两年后成功的制造出了反氢原子 。但是,他的科研团队用了整整一年心血,日以继夜的工作,也就制造出区区11个反氢原子出来,却已经耗资上百万美金 。可想而知,制造反物质这种东西,需要付出什么样超级昂贵的代价了 。
作者:怀疑探索者
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