人类目前已经掌握利用的最高效能源是核裂变和核聚变。核裂变能够利用参与物质质量的0.13%,核聚变能够利用参与物质质量的0.7%。前者可以制造原子弹,后者可以制造氢弹。
核聚变利用物质质量的比例能够达到核裂变的5倍多,氢弹之所以比原子弹厉害,就在这里。人类已经掌握了可控核裂变技术,开发出了核电,造福人类。但核聚变的技术还只能用于不可控的氢弹,可控核聚变还在实验中,尚无法运用于社会发展。
其中E为物质的总能量,m为物质的质量,c为光速。这个公式告诉我们,所有的物质都蕴含着巨大的能量,只要能够释放出来,这个能量就非常惊人。
现阶段,煤的质能转换率只达到0.0000028%,原子弹和氢弹质能转换率为0.13%和0.7%,就那么恐怖。而反物质湮灭则是能量的完全释放,也就是100%的释放,这样随便算一下就知道它的威力有多大了。
1克的反物质,要和1克的正物质碰到一起,就会完全湮灭,因此1克的反物质湮灭所释放的能量,就应该是2克物质的全部能量,这样其释放的能量是反物质质量的200%。
质能转换公式就是ΔE=2mc^2
这个能量就是核裂变的1538.5倍,是核聚变的285.7倍。
据测算,1克反物质所释放的能量为180000000000KJ,相当于约43000吨TNT黄色炸药的能量,约3颗广岛原子弹的爆炸威力。
反物质开始只是科学家们一个设想,这个世界有粒子,就应该有反粒子。后来发现这是一个普遍现象,几乎所有的粒子都有反粒子。
上世纪三十年代,就发现了正电子,因为电子都是带负电的,所以正电子就是电子的反物质。从而证实了反物质的存在。
人类已经在宇宙太空发现有大量的反物质,在银河系上方3500光年处有一个反物质喷泉,喷射的反物质高达2940光年。
在我们的周围,这些反物质也普遍存在,比如人体和香蕉都会产生反物质,释放出正电子。但这个量极少极少,香蕉每75分钟会释放一个正电子,这些反物质一出现就与满世界都是的正物质湮灭了。
人类首次捕捉到反物质是在2010年11月,欧洲科学家成功制造出了数以千计的反氢原子,并成功使其中的38个反氢原子存在了0.17秒,这是一个历史性突破。其实在早些时候,也有科学家制造出少量反氢原子,但由于存在时间太短,无法确认。
科学家们经过几十年的努力,在加速器里为反物质制造了一个陷阱,这个陷阱就是电磁力,依靠磁场和电场让粒子不与任何物体接触。这个叫彭宁离子阱的设备可以捕捉和保存带电的反物质粒子,如正电子、质子等,但对不带电的反氢原子无效。
科学家们只能另辟蹊径,制造了一种复杂特殊的磁场,利用原子转动时产生的磁矩微弱磁性,用纯磁力来捕获和约束。大型强子对撞机为这项研究提供了良好条件。
科学家们为了锁住这些快速运动的反物质,还设法制造接近绝对零度的温度,冷冻这些反物质粒子,让其处于低能状态,运动变得很慢,这样就捕获和保存了一些反物质。科学家们在彭宁离子阱里把1010个质子保存了七天,而CERN的科学家成功将309个反氢原子保持到1000秒。
目前全世界科学实验获得的反物质加起来也还不够烧开一杯开水。
当然反物质的研究最主要的并不是为了做炸弹,是网络上老有人用反物质与炸弹相比,才有了这种误导。
反物质的终极作用,是为了人类获得更高效的能源。尤其是星际旅行,如有能找到又轻便又巨大的能源,就能够飞的更快更远,实现人类走向深空的梦想。