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反物质到底存不存在,有多贵,会被坏人利用毁灭人类吗?

作者:时空通讯

过去多次说过反物质的问题,还是有许多朋友质疑,主要归结有如下几点:1、反物质真的存在吗?2、反物质的能量到底有多大?3、反物质贵吗,值多少钱?4、恐怖分子会利用反物质危害社会和人类吗?

反物质到底存不存在,有多贵,会被坏人利用毁灭人类吗?

今天时空通讯就和网友们一道,再讨论讨论,弄明白这个问题。

首先说说反物质是什么,它是否真的存在

简单地说,我们常见的物质都是正物质,这些物质都是由原子组成的。原子由原子核和核外电子组成,原子核则由质子和中子组成。原子核中的每个质子带1个单位的正电荷,中子不带电荷;核外电子与原子核中的质子数量对应,也就是有一个质子就有一个核外电子,而且每个电子带1个单位的负电荷。

这样,原子核的正电荷与电子的负电荷就相互抵消了,原子就以电中性的方式存在。如果原子或原子基团失去或获得一个或几个电子,就形成带电荷的粒子,叫离子。失去了核外电子的离子带正电,因此叫正离子;获得了核外电子的离子带负电,因此叫负离子。

反物质到底存不存在,有多贵,会被坏人利用毁灭人类吗?

反物质也是由原子组成,但原子核和核外电子的电荷与正物质正好相反,也就是原子核带负电,核外电子带正电。在亚原子粒子中,反质子带负电,反电子带正电,就是正电子。

反物质和正物质各自单独存在,如果不碰到一起,什么事都没有,但要碰到一起,就水火不容暴跳如雷,一道闪光过后就没了,这种现象叫湮灭,在湮灭的同时爆发出巨大能量。

诺贝尔物理奖得主、英国物理学家保罗·狄拉克早在1928年就预言,每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子,如反电子,它们质量一样,但电性相反,自旋量子数也相反。因此,狄拉克被认为是最早提出反物质概念的科学家。

后来的科学发现证实了狄拉克的预言,而且宇宙中广泛存在着反物质,在某些特殊区域还大量聚集。在我们周围的自然界,也广泛存在反物质。如人体中存在的钾-40,这种不稳定的同位素会释放出正电子;香蕉也存在少量的钾-40,一根香蕉约每75分钟释放一个正电子,一天能够释放19个正电子。

反物质到底存不存在,有多贵,会被坏人利用毁灭人类吗?

这些正电子一出生,就与我们世界存在的无数正物质中的负电子湮灭了,因此这点“反物质”掀不起任何浪花。要知道1立方厘米空气就有2.6875×10^19个分子(约27亿亿个),空气中主要气体分子是氧和氮,每个氧分子有16个负电子,每个氮分子有14个负电子。

1995年,欧洲核子研究中心在实验室里制造出了世界上第一批反氢原子;这之后,世界上许多实验室都制造出了各种反粒子,如负质子和正电子等;2011年,中美科学家合作制造出了迄今最重的反物质~反氦4原子。

由此可见,反物质存不存在的问题已经不是问题了,它确确实实地存在于我们的世界,并且能够人造出来。但迄今为止,人类发现和制造的反物质都还停留在原子或亚原子粒子层面,真正能够让人眼看到的整块反物质还没有被发现。

再来说说反物质能量有多大

反物质是迄今为止,理论上能爆发出最大能量的物质,只能转换严格遵循爱因斯坦质能方程:E=MC^2。这里的E就是能量,单位为J(焦耳);M为物质质量,单位为kg(千克);C为真空光速,单位为m(米)。

爱因斯坦质能方程是人类20世纪最伟大的发现之一,别看这个公式非常简单,却诠释出了一个深刻的道理:质量和能量是能够相互转化,并且等价的,它们之间有确定的当量关系。

反物质到底存不存在,有多贵,会被坏人利用毁灭人类吗?

但要将质量转化为能量却绝非易事,人类现在掌握的最大质能转化技术是核裂变和核聚变,核裂变的质能转化率约为0.13%,核聚变质能转化率约为0.7%。这种看起来少得可怜的转化率,却爆发出惊人的能量,如原子弹爆炸和氢弹爆炸,完美地验证了质能方程无比正确。

而反物质遇到正物质的湮灭是瞬间发生,是将全部物质质量100%转化为能量,一点都不会浪费和剩下,因此被称为是质能完美的转换。而且,1克反物质必须与1克正物质实现完全的湮灭,这样实际上1份反物质湮灭的结果能得到双倍质量的能量。

根据爱因斯坦质能方程计算,1kg反物质与1kg正物质碰到一起,就能够产生1.8*10^17J的能量,这个能量有多大呢?相当于500亿度电,或约4302万吨炸药爆炸能量。这是3300多颗广岛原子弹同时爆炸的威力。

由此,我们得到:1克反物质与1克正物质湮灭的能量就约为5000万度电,或3.3颗广岛原子弹的爆炸威力,不可小觑。

人造反物质的价格有多贵?

可以说,世界上没有任何物质能贵于反物质。因为迄今为止,全世界科学家几十年制造的反物质全部加起来,还是原子级别,在电子显微镜下面才勉强能够看到模糊的影子,人眼还无法看到。

反物质到底存不存在,有多贵,会被坏人利用毁灭人类吗?

举个栗子:费米实验室采用万亿电子伏特的加速器,动用了大量科技资源和能量奋斗了26年,制造出的反质子加起来只有15纳克,即1亿分之1.5克。而全世界所有实验室制造的各种反氢原子或反质子、反电子等反物质加起来,也没有超过20纳克。

制造反物质的费用是无法计算的,因为大量的科学家数十年如一日地在那里烧钱,才烧出了这么点反粒子。花费的研究经费还有价可估,但科学家们花费的宝贵的精力就无价可估了。我们只计算一下制造反物质的能量消耗,就可见其昂贵之一斑。

有专家测算,根据目前制造反物质所消耗的电能,制造1克反物质需要用电2.5*10^16千瓦时(度),如果每度电按1元人民币计算,电费就需要2.5亿亿元,折合成美元约为3600万亿元。而全世界2021年GDP总量才约94万亿,其中美国约23万亿,中国约18万亿。也就是说全世界不吃不喝勒紧腰带全部去做反物质,38年才能够制造出1克。

因此,世界上没有什么能比反物质更贵。

反物质会被恐怖分子利用毁灭人类吗?

我认为,至少在可预见的未来,任何人都没有条件利用反物质毁灭世界。理由就是前面说的,反物质太难做了,也太贵了,世界上再大的富豪也难以得到1克的反物质。而1克反物质湮灭得到的能量也相当几颗广岛原子弹,这点能量会对某个区域造成巨大破坏,但要毁灭整个人类就差远了。

现在全世界人造的反物质加起来才有不到20纳克,这些反物质全部湮灭的能量有多大呢?根据质能方程计算,这些反物质与同等量的正物质湮灭,产生的能量只有3600000J,正好1度电,大概只能烧开一小杯开水。

反物质到底存不存在,有多贵,会被坏人利用毁灭人类吗?

而且,反物质除了制造十分困难,且保存也非常困难。因为我们的世界到处都是正物质,反物质一旦与世界任何物质接触,包括空气,就会湮灭了。科学家们为了让好不容易得到的一点点反物质粒子能够保存得久一些,挖空心思了很多办法。

其中最主要的办法就是利用反物质有电场或磁性的性质,制造一个磁阱,或叫磁瓶,将这些反物质禁锢在各种各样的磁场陷阱中,磁阱中高度真空,且异常寒冷。这种冷不是我们常见的那种冷,而是冷到零下272.65摄氏度,极为接近绝对零度。

反粒子被禁锢在这种上不着天下不着地,量气体分子都极难遇到的“牢狱”中,寒冷让其振动频率活跃度降低,处于低能级,就只有老老实实地呆着,保存得相对久一些。

这样极其难得,极其昂贵且极难伺候的反物质,恐怖分子能弄到,或制造和保存吗?因此,恐怖分子也好,一些好战的国家也好,在一个相当长可预见时期,想要利用反物质要挟危害社会和人类,只能是痴人说梦,毫无实现的可能。

当然,现在反物质无法推上实用,不代表未来一直这样。如今的科技文明发展一日千里,而反物质是最理想最完美的清洁能源,肯定是人类梦寐以求的目标。据一些研究和预测,未来采用虫洞或时空折叠技术实现超光速星际穿越,就必须要采用反物质和反能量。

这些目标很可能会在我们的子孙后代手里实现。对此,各位有什么看法,欢迎讨论点评。

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