揭秘反物质

发布时间：2014-01-03 12:57:56 来源：文档文库

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揭秘反物质：可制成武器威力远超核弹

时间:2009-04-30 11:38 来源:新浪科技

当粒子与反粒子碰到一起时，就会像冰块遇上火球一样，要么是一起消失，要么是转变为其它的粒子。

欧洲粒子物理研究所制造出反氢

反物质可制成武器威力远超核弹

　　新浪科技讯北京时间4月30日消息，据英国《新科学家》杂志网站报道，5月15日，根据丹-布朗畅销小说《天使与魔鬼》改编而成的同名影片将在全美公映。在这部影片中，制造出反物质的物理学家列奥纳多被人残忍地杀害，他研制出来的拥有巨大能量的“反物质”也同时被盗。失窃的反物质随时都有可能会发生爆炸，它的破坏力将足以毁灭整个地球。

　　反物质理论自提出以来一直显得极为神秘，这主要是因为人们在地球上很难发现反物质。当粒子与反粒子碰到一起时，就会像冰块遇上火球一样，要么是一起消失，要么是转变为其它的粒子。另外，科学家们如果想要在试验室中制造出反物质，不仅需要诸如超导对撞机(SSC)或者强子对撞机(LHC)之类的高科技装备，而且还需要耗费巨额资金。即使科学家们成功地制造出了反物质，如果对它们进行有效保存也将会一个难题。反物质究竟是一种什么样的物质，又会否如影片中所描述的那样毁灭整个地球呢？

　　1、反物质究竟在哪里？

　　标准理论预言，宇宙大爆炸的过程在产生物质的同时也会制造出同样数量的反物质，但为什么宇宙好象完全由物质组成，而看不到反物质呢？或者说为什么正物质占宇宙主导地位呢？现在主要有两个解释似乎可以回答这个问题。第一种解释是，物质与反物质在物理学方面的一些细微差别造成了早期宇宙中正物质的剩余。科学家们通过实验发现，K中介子转换成其反粒子的过程比相对的转换过程要常见、容易得多。第二种解释是，在宇宙诞生后的第一秒内，物质和反物质都没有被对方完全消灭，他们都在极力避免被对方捕获和吞噬。因此，在宇宙的某个空间，或许还潜伏着反物质，这些反物质还有可能已结合形成反恒星、反星系，甚至是反生命。

　　在2008年发表的一份学术论文中，德国马普研究所地外物理学家乔治-威登斯波恩特及其同事称，他们通过研究发现反物质是由中子星和黑洞撕裂恒星产生的。乔治-威登斯波恩特称，当一颗相对寻常的恒星在绕其旋转的黑洞或中子星的作用下分崩离析，科学家们称之为“低质量X射线双星”。研究人员们推算，这种“低质量X射线双星”可以每秒喷射出近10的41次方个正电子。这些正电子占了科学家们推断的反物质的很大一部分，从而极可能排除其它各种有关反物质的异说。乔治-威登斯波恩特说：“根据简单初步的统计，我们认为一半甚至可能所有的反物质都来源于X射线双星。”目前，科学家们已经见证了反物质的死亡，他们希望同样能看见反物质的诞生。

　　2、如何制造反物质？

　　欧洲粒子物理研究所的科学家们正在尝试制造相当数量的反物质。但是，制造反物质的难度在于，反物质一接触到现实世界的正物质就会立即消失。欧洲粒子物理研究所已启动两项实验ATRAP和ALPHA，他们的目标就是制造反氢。实验需要一个近乎完美的真空管。真空管一旦遇到气体的单纯原子，就会打开终端吸引反粒子。因此，必须还要有某种捕获反粒子的方法。这种捕获反粒子的方法并不是利用常规的容器，而是要利用电磁场的作用。2002年，欧洲粒子物理研究所已经成功隔离出反氢。

　　1979年，美国科学家把一个有60层楼高的巨大气球放到离地面35公里的高空，气球上载有一批十分灵敏的探测仪器，结果它在高空猎取了28个反质子。这是在地球以外第一次发现的反物质。除此之外，还在星际空间发现了反物质流。1998年的夏天，美国宇航局把阿尔法磁谱仪送上了太空。它的主要目标之一是寻找宇宙射线中的反原子核。如果相信宇宙中有等量的物质和反物质，那么在3000万光年之外应有大范围的反星系区存在。在那里，原始的宇宙射线应是由反质子和反粒子组成的。那里的部分宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域。由于星系际大部分地方很空旷，气体的密度约只有每立方米一个质子的质量。这样，放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。这就是阿尔法磁谱仪计划的基本原理。

　　如果阿尔法磁谱仪的观测证实了远处有巨大的反物质区存在，那么这肯定将会是一个里程碑式的发现。它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体，更重要的是它对物理学提出了严峻的挑战。在早期宇宙中，正反粒子必是混合的。按现有的物理理论，没有一种己知的作用力能使它们发生大范围的分离。因此，如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质，物理学将需要突破性的变化。宇宙高能射线是人类能获得的惟一来自太阳系以外的物质样本。长期以来，它一直是科学家探索宇宙奥秘的研究对象。自从宇宙大爆炸理论出现后，科学家又一直致力于从宇宙射线中找到猜想中的神秘的反物质。但迄今为止，科学家们都未能找到反物质的踪迹。

　　3、重力是否会同样作用于反物质？

　　对于所有正物质，重力的作用会使其向下落。那么对于反物质，是向下落还是向上飞？如果反物质的行为是完全不同的，它们是否会颠覆现有的物理学理论呢？欧洲粒子物理研究所启动了AEGIS实验试图找到这个答案。尽管实验设计方案很合理，但由于实际操作难度很大，实验并没有取得理想的结果。爱因斯坦的广义相对论告诉我们，重力对任何物质都是同等作用的；而标准模型理论也预言，物质与反物质实际上是平等的。因此，AEGIS实验发言人迈克尔-多瑟尔坚信，“重力对物质与反物质的作用没有差别。”

英国物理学家狄拉克此前提出电子有两种存在形式，除了有带负电荷的电子外，还有带正电荷的电子。这两种电荷恰好一正一反，带负电荷的电子叫正电子，带正电荷的电子叫反电子。长期以来，人们一直认为电子只有一种，所以对狄拉克的预言半信半疑。没想到两年以后狄拉克的预言得到了证实，美国物理学家安德森在实验室果然发现了反电子。后来人们陆续又发现了反质子、反中子等等各种各样的反粒子。于是科学家们设计好方案进行实验，并且终于在实验室得到了结构比较简单的反氘，这说明反物质的设想并不荒唐。反物质这东西很神秘的，只要一露面，立即就会与正物质结合，同时放出大量的能量。据说1908年中西伯利亚的通古斯大爆炸就是由于天外飞来一块由反物质组成的陨石，反物质与正物质通古斯　

4、是否可以制造一个反世界？

　　物理学家们已经发现制造反氢可行，但使用反氢则相当困难。那他们是否还有希望能够制造出反氦，然后再利用反碳制造出反分子有机体以及一个完整的反物体呢？现在的问题是，每造一个反原子就必须要有一个亚原子反粒子。比如，如果你希望造一个反氘(比反氢仅多一个反中子)，你就必须首先要制造一个反中子。但反中子是中性的，不可能通过传统的电磁场方式进行操作。因此，你必须要制造出大量的反中子，而且希望每一百万个反中子中有一个能够凑巧进入正确的位置以形成一个反氘原子。虽然欧洲粒子物理研究所等研究机构在一些反粒子制造方面取得了一些实验进展，但仍然没有人能够回答这个问题。美国哈佛大学粒子物理学家弗兰克-克洛斯对于人类是否有能力制造更为复杂的反物质持悲观态度，他认为这可能需要数十亿年。

　　根据爱因斯坦的相对论，时空是可以扭曲的。根据这个理论，万有引力定律将不再适用。他认为，在任何一个物体的周围，都会存在空间和时间的扭曲。质量越大，空间扭曲地就越厉害。对于一个大的天体，它会在周围的天体造成空间扭曲，因此其他的天体可以围绕在它的周围做圆周运动。这个就可以理解为什么在有些中子星的周围存在着一圈圈的光圈。这是因为中子星的密度十分大，在他的周围由于空间的扭曲程度大，导致光也只能在这个扭曲的空间里运动，导致了这种现象。既然空间可以扭曲，从某种意义上来说就有可能会存在一个反世界。

　　5、反物质是否可用来制造终极炸弹？

　　对于反物质的利用，人们可能会联想到武器制造。人类是否会利用反物质制造极具毁灭性的超级武器呢？对此，欧洲粒子物理研究所物理学家劳尔夫-兰德华表示，“完全不必担心，没有任何理由会出现这种情况。仅仅一克重量的反物质的价格往往就是天文数字，一百万个十亿美元都无法买到。即使有足够的资金，我们近30年来研制出的所有反物质所引起的爆炸威力都比不过一个小小的火柴头。”

　　2008年9月，美国格林空军基地“革命性弹药”研发小组的负责人肯尼斯-爱德华兹前往五角大楼，向美军高官们汇报他的最新研究成果。爱德华兹说，“美国在反物质武器的研究上已获得重大突破--我们成功研发了一种能长期有效储存反物质的容器，这意味着反物质的军事用途即将成为现实！”爱德华兹当天主持了一次代号为“反物质特攻-2008”的电脑模拟演习：201X年，一名美军士兵携一枚反物质定时炸弹潜入C国首都，在市中心临近C国总参谋部大楼的公共厕所内安装好后从容撤出。军事行动开始后，反物质定时炸弹爆炸，C国总参谋部大楼和附属设施化为灰烬，而这名士兵所携的反物质炸弹只有五千万分之一克！随后，一枚反物质脉冲炸弹在C国电力和通信网络上空引爆，刹那间，该国的军事和社会活动彻底瘫痪。”

　　在电脑模拟演习结束后，爱德华兹解释说，在自然界中，任何一种“次原子粒子”(比原子还小的粒子)都有一种与之对应的反物质，如果这两种物质发生猛烈撞击，那么它们都将消失，并释放出巨大的能量。令人称奇的是，与核弹不同，反物质炸弹爆炸时并不会产生核辐射，是一种“干净的氢弹”。它拥有氢弹爆炸的威力，却不会造成核辐射污染。”物质和反物质在相遇时会产生巨大的能量，并且不会象核弹那样产生放射线污染，所以被认为是一种最理想的清洁能源。但这也可能会给人类带来巨大的灾难，由几克反物质制造的炸弹就能毁灭地球，1克反物质产生的能量，就足以为23架航天飞机提供动力。但据测算，人类制造出一千亿分之一克的反物质，需要耗资近60亿美元，因此尚不具有经济和应用价值。

　　然而，这种被爱德华兹称为“干净”的新武器，却令世界各国的军事家们感到忧虑。普林斯顿大学高级研究所的历史学家、科学家乔治-戴森指出，“干净”的反物质武器远比“肮脏”的核武器更可怕，因为它更有可能投入实战。普通的原子弹、氢弹一般只作为战略威慑手段，基本不可能在常规战争或局部战争中使用。因为常规核武器除了威力巨大外，还会产生核辐射，会污染战区的土壤、水源和空气，并对生物和植物造成巨大辐射伤害，引起人道主义灾难。而使用反物质武器则相对“干净”，不用担心核残留。如果美国研制出反物质武器，那么美军在战场上将更加无所顾忌，美军甚至可能会将其列为常规武器。(刘妍)