关于反物质,你一直在被科幻误导!看看这些数据你就明白了

以前曾有报道称,美国军方正在研发反物质武器。事情的真伪姑且不论,也许美国军方确实曾经有过这个梦想,毕竟当初说美国研制出原子弹时也有很多人不相信。但是,随着粒子物理学研究的不断深入,人们现在对反物质有了更多的了解,美国军方也不是傻子,他们现在应该很清楚,反物质虽然从理论到现实都客观存在,但反物质既无法作为武器级的“大杀器”,也不能作为一种清洁能源造福人类社会,原因很简单:现实中,人类无法聚集足够多的反物质。

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说得太简单也许没什么说服力,如果你对反物质感兴趣,不妨看看下面这些数据,它会告诉你关于反物质的真相。反物质能够制造炸弹,一直是科幻迷们嘴中津津乐道的话题。人们常常将反物质炸弹与广岛原子弹对应起来,声称1克反物质释放的能量可以达到20000吨TNT当量。事实确实是这样吗?从理论上来说,是这样的,实际上还不止“2万吨TNT当量”这个数!

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下面就来算笔账:1千吨TNT爆炸释放的能量等于4.2×10^12焦耳,等于4.2万亿焦耳或4.2垓焦。焦耳是能量的单位,与质量和速度的平方成正比,1千克物体按1米每秒的速度移动时,其动能就是1焦耳。知道了这个概念,那么1克反物质以光速运动时蕴含的能量为多少呢?1克等于10^-3千克,光速等于3×10^8米每秒,根据E=MC^2,E=10^-3×9×10^16kgm^2/S^2=9×10^13焦耳,或者等于90垓焦。

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上面说了,1千吨TNT的能量对应4.2垓焦,那么90垓焦就对应21.4千吨TNT当量,也即2.14万吨TNT当量。请注意,这是按1克反物质计算的,反物质炸弹是利用了等量的正、反物质湮灭的原理,所以只需要0.5克反物质就可以达到广岛原子弹一样的摧毁能力。但是,要得到这个能量的前提是,你要制造出这么多反物质,并且将之储存起来并一次性释放出来。那么,制造1克反物质很简单吗?需要花多长时间?

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1克反质子的数量是6×10^23个,而1克正电子的数量是10^26个。世界上现有的最强大的反质子源位于美国的费米实验室,他们的记录是在2007年6月份花了1个多月的时间生产了10^14个反质子。如果他们保持这种速度持续生产,1年可以生产大约10^15个反质子,约为十亿分之1.5克,或1.5纳克。如果将这些反质子储存起来,并与1.5纳克的质子发生湮灭,能释放出的总能量是多少呢?答案是约270焦耳,只能维持一颗小灯泡点亮大约5秒钟!

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除了美国的费米实验室,世界上还有一些其他设备也能生产反质子,包括欧核中心的反质子减速器在内。但即使如此,全世界的反质子总的年产量也不会超过3纳克,如果将人类有史以来制造的反质子全部算上,总共也只能将一颗小灯泡点亮几分钟,仅此而已!至于像反氢这类物质,它是反质子和正电子的聚合物,按照欧核中心每秒可以合成几百个反氢原子来计算,要得到1纳克反氢需要10万年!而要得到1克反氢,大概也就是能充满一个儿童气球的量,需要的时间和宇宙现有的寿命差不多长!



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