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揭秘反物質:可製成武器威力遠超核彈

揭秘反物質:可製成武器威力遠超核彈

來源:北京新浪網

歐洲粒子物理研究所製造出反氫

反物質可製成武器威力遠超核彈

新浪科技訊據英國《新科學家》雜誌網站

報導,根據丹-布朗暢銷小說《天使與魔鬼》改編而成的同

名影片將在全美公映。在這部影片中,製造出反物質的物理學家列奧

納多被人殘忍地殺害,他研制出來的擁有巨大能量的『反物質』也同

時被盜。失竊的反物質隨時都有可能會發生爆炸,它的破壞力將足以

毀滅整個地球。

反物質理論自提出以來一直顯得極為神秘,這主要是因為人們在地球

上很難發現反物質。當粒子與反粒子碰到一起時,就會像冰塊遇上火

球一樣,要麼是一起消失,要麼是轉變為其他的粒子。另外,科學家

們如果想要在試驗室中製造出反物質,不僅需要諸如超導對撞機

(SSC)或者強子對撞機(LHC)之類的高科技裝備,而且還需要耗費巨

額資金。即使科學家們成功地製造出了反物質,如果對它們進行有效

保存也將會一個難題。反物質究竟是一種什麼樣的物質,又會否如影

片中所描述的那樣毀滅整個地球呢?


1、反物質究竟在哪裡?

標準理論預言,宇宙大爆炸的過程在產生物質的同時也會製造出同樣

數量的反物質,但為什麼宇宙好像完全由物質組成,而看不到反物質

呢?或者說為什麼正物質占宇宙主導地位呢?現在主要有兩個解釋似

乎可以回答這個問題。第一種解釋是,物質與反物質在物理學方面的

一些細微差別造成了早期宇宙中正物質的剩余。科學家們通過實驗發

現,K仲介子轉換成其反粒子的過程比相對的轉換過程要常見、容易

得多。第二種解釋是,在宇宙誕生後的第一秒內,物質和反物質都沒

有被對方完全消滅,他們都在極力避免被對方捕獲和吞噬。因此,在

宇宙的某個空間,或許還潛伏著反物質,這些反物質還有可能已結合

形成反恆星、反星系,甚至是反生命。

在2008年發表的一份學術論文中,德國馬普研究所地外物理學家喬治

-威登斯波恩特及其同事稱,他們通過研究發現反物質是由中子星和

黑洞撕裂恆星產生的。喬治-威登斯波恩特稱,當一顆相對尋常的恆

星在繞其旋轉的黑洞或中子星的作用下分崩離析,科學家們稱之為『

低質量X射線雙星』。研究人員們推算,這種『低質量X射線雙星』

可以每秒噴射出近10的41次方個正電子。這些正電子占了科學家們推

斷的反物質的很大一部分,從而極可能排除其他各種有關反物質的異

說。喬治-威登斯波恩特說:『根據簡單初步的統計,我們認為一半

甚至可能所有的反物質都來源於X射線雙星。』目前,科學家們已經

見証了反物質的死亡,他們希望同樣能看見反物質的誕生。


2、如何製造反物質?

歐洲粒子物理研究所的科學家們正在嘗試製造相當數量的反物質。但

是,製造反物質的難度在於,反物質一接觸到現實世界的正物質就會

立即消失。歐洲粒子物理研究所已啟動兩項實驗ATRAP和ALPHA,

他們的目標就是製造反氫。實驗需要一個近乎完美的真空管。真空管

一旦遇到氣體的單純原子,就會打開終端吸引反粒子。因此,必須還

要有某種捕獲反粒子的方法。這種捕獲反粒子的方法並不是利用常規

的容器,而是要利用電磁場的作用。2002年,歐洲粒子物理研究所已

經成功隔離出反氫。

1979年,美國科學家把一個有60層樓高的巨大氣球放到離地面35公里

的高空,氣球上載有一批十分靈敏的探測儀器,結果它在高空獵取了

28個反質子。這是在地球以外第一次發現的反物質。除此之外,還在

星際空間發現了反物質流。1998年的夏天,美國宇航局把阿爾法磁譜

儀送上了太空。它的主要目標之一是尋找宇宙射線中的反原子核。如

果相信宇宙中有等量的物質和反物質,那麼在3000萬光年之外應有大

範圍的反星系區存在。在那裡,原始的宇宙射線應是由反質子和反粒

子組成的。那裡的部分宇宙射線粒子會飛進我們這個由正物質構成的

區域。由於星系際大部分地方很空曠,氣體的密度約只有每立方米一

個質子的質量。這樣,放置在地球大氣層之外的磁譜儀就能接收到它

。這就是阿爾法磁譜儀計劃的基本原理。

如果阿爾法磁譜儀的觀測證實了遠處有巨大的反物質區存在,那麼這

肯定將會是一個里程碑式的發現。它的意義遠不僅是證實了宇宙中有

反物質天體,更重要的是它對物理學提出了嚴峻的挑戰。在早期宇宙

中,正反粒子必是混合的。按現有的物理理論,沒有一種己知的作用

力能使它們發生大範圍的分離。因此,如果觀測證實遠處確有已被分

離出去的大量反物質,物理學將需要突破性的變化。宇宙高能射線是

人類能獲得的惟一來自太陽系以外的物質樣本。長期以來,它一直是

科學家探索宇宙奧秘的研究物件。自從宇宙大爆炸理論出現後,科學

家又一直致力于從宇宙射線中找到猜想中的神秘的反物質。但迄今為

止,科學家們都未能找到反物質的蹤跡。


3、重力是否會同樣作用於反物質?

對於所有正物質,重力的作用會使其向下落。那麼對於反物質,是向

下落還是向上飛?如果反物質的行為是完全不同的,它們是否會顛覆

現有的物理學理論呢?歐洲粒子物理研究所啟動了AEGIS實驗試圖找

到這個答案。儘管實驗設計方案很合理,但由於實際操作難度很大,

實驗並沒有取得理想的結果。愛因斯坦的廣義相對論告訴我們,重力

對任何物質都是同等作用的;而標準模型理論也預言,物質與反物質

實際上是平等的。因此,AEGIS實驗發言人邁克爾-多瑟爾堅信,『重

力對物質與反物質的作用沒有差別。』

英國物理學家狄拉克此前提出電子有兩種存在形式,除了有帶負電荷

的電子外,還有帶正電荷的電子。這兩種電荷恰好一正一反,帶負電

荷的電子叫正電子,帶正電荷的電子叫反電子。長期以來,人們一直

認為電子只有一種,所以對狄拉克的預言半信半疑。沒想到兩年以後

狄拉克的預言得到了證實,美國物理學家安德森在實驗室果然發現了

反電子。後來人們陸續又發現了反質子、反中子等等各種各樣的反粒

子。於是科學家們設計好方案進行實驗,並且終於在實驗室得到了結

構比較簡單的反氘,這說明反物質的設想並不荒唐。反物質這東西很

神秘的,只要一露面,立即就會與正物質結合,同時放出大量的能量

。據說1908年中西伯利亞的通古斯大爆炸就是由於天外飛來一塊由反

物質組成的隕石,反物質與正物質通古斯河上空結合放出大量能量而

造成的。

4、是否可以製造一個反世界?

物理學家們已經發現製造反氫可行,但使用反氫則相當困難。那他們

是否還有希望能夠製造出反氦,然後再利用反碳製造出反分子有機體

以及一個完整的反物體呢?現在的問題是,每造一個反原子就必須要

有一個亞原子反粒子。比如,如果你希望造一個反氘(比反氫僅多一

個反中子),你就必須首先要製造一個反中子。但反中子是中性的,

不可能通過傳統的電磁場方式進行操作。因此,你必須要製造出大量

的反中子,而且希望每一百萬個反中子中有一個能夠湊巧進入正確的

位置以形成一個反氘原子。雖然歐洲粒子物理研究所等研究機構在一

些反粒子製造方面取得了一些實驗進展,但仍然沒有人能夠回答這個

問題。美國哈佛大學粒子物理學家弗蘭克-克洛斯對於人類是否有能

力製造更為複雜的反物質持悲觀態度,他認為這可能需要數十億年。

根據愛因斯坦的相對論,時空是可以扭曲的。根據這個理論,萬有引

力定律將不再適用。他認為,在任何一個物體的周圍,都會存在空間

和時間的扭曲。質量越大,空間y嶆惘a就越厲害。對於一個大的天體

,它會在周圍的天體造成空間y嶆情A因此其他的天體可以圍繞在它

的周圍做圓周運動。這個就可以理解為什麼在有些中子星的周圍存在

著一圈圈的光圈。這是因為中子星的密度十分大,在他的周圍由於空

間的扭曲程度大,導致光也只能在這個扭曲的空間z蝴B動,導致了這

種現象。既然空間ui以扭曲,從某種意義上來說就有可能會存在一個

反世界。

5、反物質是否可用來製造終極炸彈?

對於反物質的利用,人們可能會聯想到武器製造。人類是否會利用反

物質製造極具毀滅性的超級武器呢?對此,歐洲粒子物理研究所物理

學家勞爾夫-蘭德華表示,『完全不必擔心,沒有任何理由會出現這

種情況。僅僅一克重量的反物質的價格往往就是天文數字,一百萬個

十億美元都無法買到。即使有足夠的資金,我們近30年來研制出的所

有反物質所引起的爆炸威力都比不過一個小小的火柴頭。』

2008年9月,美國格林空軍基地『革命性彈藥』研發小組的負責人肯

尼斯-愛德華茲前往五角大樓,向美軍高官們匯報他的最新研究成果

。愛德華茲說,『美國在反物質武器的研究上已獲得重大突破--我們

成功研發了一種能長期有效儲存反物質的容器,這意味著反物質的軍

事用途即將成為現實!』愛德華茲當天主持了一次代號為『反物質特

攻-2008』的電腦類比演習:201X年,一名美軍士兵攜一枚反物質定

時炸彈潛入C國首都,在市中心臨近C國總參謀部大樓的公共廁所內

安裝好後從容撤出。軍事行動開始後,反物質定時炸彈爆炸,C國總

參謀部大樓和附屬設施化為灰燼,而這名士兵所攜的反物質炸彈只有

五千萬分之一克!隨後,一枚反物質脈衝炸彈在C國電力和通信網路

上空引爆,剎那間,該國的軍事和社會活動徹底癱瘓。』

在電腦類比演習結束後,愛德華茲解釋說,在自然界中,任何一種『

次原子粒子』(比原子還小的粒子)都有一種與之對應的反物質,如果

這兩種物質發生猛烈撞擊,那麼它們都將消失,並釋放出巨大的能量

。令人稱奇的是,與核彈不同,反物質炸彈爆炸時並不會產生核輻射

,是一種『乾淨的氫彈』。它擁有氫彈爆炸的威力,卻不會造成核輻

射污染。』物質和反物質在凐滅時會產生巨大的能量,並且不會象核

彈那樣產生放射線污染,所以被認為是一種最理想的清潔能源。但這

也可能會給人類帶來巨大的災難,由幾克反物質製造的炸彈就能毀滅

地球,1克反物質產生的能量,就足以為23架太空梭提供動力。但據

測算,人類製造出一千億分之一克的反物質,需要耗資近60億美元,

因此尚不具有經濟和應用價值。

然而,這種被愛德華茲稱為『乾淨』的新武器,卻令世界各國的軍事

家們感到憂慮。普林斯頓大學高級研究所的歷史學家、科學家喬治-

戴森指出,『乾淨』的反物質武器遠比『骯髒』的核武器更可怕,因

為它更有可能投入實戰。普通的原子彈、氫彈一般只作為戰略威懾手

段,基本不可能在常規戰爭或局部戰爭中使用。因為常規核武器除了

威力巨大外,還會產生核輻射,會污染戰區的土壤、水源和空氣,並

對生物和植物造成巨大輻射傷害,引起人道主義災難。而使用反物質

武器則相對『乾淨』,不用擔心核殘留。如果美國研制出反物質武器

,那麼美軍在戰場上將更加無所顧忌,美軍甚至可能會將其列為常規

武器。

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