62.5万亿美元一克!威力超两颗广岛原子弹,反物质究竟是啥

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反物质,可以说是世界上最贵的东西,一些小国家举国上下的钱加起来都没有1g反物质贵。
1g反氢原子的成本,高达62.5万亿美元,很多人可能对这个数字不太敏感,举个例子,2021年1月9日上午,福布斯实时富豪榜显示,特斯拉的董事长埃隆·马斯克的个人资产已达到1897亿美元,也就是说,330个马斯克=1g反物质。
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而这种只能在粒子加速器中,被微量制备的物质,在瑞士日内瓦,有制造反氢(氢的反物质)的工厂。
科学家们首先用质子同步加速器,让质子加速,然后使其和一些金属(如镭)相撞,产生的物质中有一些是反质子。然后,用磁场可以过滤这些粒子,因为反物质的电荷和普通物质相反嘛。
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质子同步加速器
不过呢,反质子没有颜色也没有气味,用肉眼无法分辨。好在,反质子有独特的电磁频率,能让科学家检测它们的存在。
接着,反质子要通过这个六角形的仪器 ELENA(extra low energy antiproton ring)。ELENA是一个减速器,它可以把反质子减速50倍(从5.3MeV减速到0.1MeV)。
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让反质子减速的六角形装置
然后,减速后的反质子和正电子结合,就可以形成反氢原子了。
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图 / 氢(左)由质子和电子构成,反氢(右)由反质子和正电子构成。
反物质也是目前所知全宇宙爆炸威力最大,能量释放最彻底的物质。
如果1g反物质暴露在空气中,或者与正常物质发生接触,那么这1g反物质将会瞬间湮灭,并伴随释放而出,相当于4.3万吨TNT爆炸的能量,要知道人类历史上首次使用的原子弹“小男孩”的设计当量才2万吨。所以说,1g反物质的爆炸威力,相当于2颗早期的原子弹。
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那么问题来了,反物质究竟是何方神圣,竟如此神通广大?
1928年,物理学家狄拉克第一个预言了反物质的存在,用物理学家的话来说,反物质是由与普通物质但带相反电荷的粒子组成的,打个不太恰当的比方,反物质和普通物质就好比是“互为相反数”的关系,他们一旦发生接触,就会彼此抵消,最后除了能量啥也不剩。
62.5万亿美元一克!威力超两颗广岛原子弹,反物质究竟是啥】根据爱因斯坦的狭义相对论中的质能方程,任何形式的能量释放,本质上都是质量亏损,化学反应前后,其实质量也发生了亏损,只不过极难被测出来而已,一旦从化学反应深入到核反应,质量亏损就显而易见了,以核聚变为能量释放的氢弹,质能转化率达到了0.7%,以核裂变为能量释放的原子弹,质能转化率只有0.08%,这也是为什么氢弹威力比原子弹大的直接原因。
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质能转化率越高,能量释放就越彻底,相应的威力也越大,在反物质的质能转化率,达到100%的情况下,它自然而然就拥有了1g相当于2颗原子弹的威力。和距离成功永远只剩50年的可控核聚变相比,反物质才是最理想的终极能源,比起太阳能、风能啥的,完全就是爸爸级别的存在。
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NASA的计算表明,如果有17g反物质和正常物质发生湮灭,那么释放的能量将能让飞船到达4.22光年外的比邻星,而且跑得比核聚变飞船还快,比旅行者一号不知道高到哪里去了。
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但可惜的是,科学家们目前只能在高能对撞机中短暂撞出粒子级别的反物质。只有在极少数情况下,才能用电磁陷阱,将反物质限制在磁场中,所以目前地球上储存的反物质,其实还不够烧开一杯水。
在一系列与反物质的未来畅想,最后都会变成反物质炸弹的情况下,现阶段的人类无法制备反物质,未尝不是一件好事。毕竟比起核弹的“小打小闹”,反物质的威力虽然不至于将地球撕碎,但足以动摇地球的基本结构,引发全球范围内的次生灾害。
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还有一些关于反物质的猜想出现在小说或影视作品中,炸弹和宇宙飞船能量来源并不稀奇,甚至再未来极有可能实现。有一些作品中,反物质直接构成了“另一个宇宙”,也就是人们常说的“平行空间”的一种,从“反物质宇宙”里来的人,如果和本宇宙的“自己”发生接触,那么两个人将瞬间湮灭,并摧毁周围的一切,你觉得呢?

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