在很多科幻小说里,无论东西方,都会提及一种叫做“反物质”的武器。比如,《三体》中把反物质安装到子弹里面用于打击太空城,攻击力极其恐怖。该武器的原理,就是利用正反粒子之间的湮灭,爆发出异常猛烈的能量,来达到摧毁敌方有效目标的目的。

在一些科普作品里,未来的人类能够大规模的制造、利用反物质,代表了人类文明已经开始向星辰大海进军。这是因为,宇宙飞船如果要做远程航行,传统的化学火箭,甚至核动力火箭已经远远不能满足能源需求,只有利用反物质作为动力的飞船才能满足能量需要。

科学家以后能制造出反物质吗(一克耗资万亿美金)(1)

反物质武器?

但是在现实中,制造反物质是非常困难的一个事情,而且代价昂贵。科学家预估,以目前人类所掌握的工业和科技水平,制造出1千克的反物质,需要耗费掉美国100年的GDP。这显然是因为我们还没有找到一种廉价的制造方法。

提到反物质,就要知晓狄拉克这位科学家,正是他首先提出了反物质的概念。狄拉克在物理学史上地位极高,如果说爱因斯坦是物理学界只能仰视的“教皇”,狄拉克堪称是沙加一级的“黄金圣斗士”。仅仅通过理论计算,狄拉克就预言出了正电子的存在,这是人类对反物质认知的开始。

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物理学家狄拉克

随后,宇宙天文学家卡尔安德森又通过观测高能宇宙射线,进一步直接观测到了正电子的存在。如今,欧洲和美国的科学实验室可以制造数量极少的反物质,往往只有十几个甚至几个原子,但已经耗费巨大。

为什么制造反物质就这么困难,而且代价昂贵呢?有四个原因:

第一,制造反物质,需要耗费巨大的能量,这只有超大型机器才能胜任。普通的实验室根本没有这个硬件。

第二,制造反物质的技术要求苛刻,往往需要一个庞大的科学家团体通力合作。仅凭个人的智力和辛劳,是不可能胜任的,科学界不再是过去那种单打独斗的时代了。

第三,即使把反物质制造出来,也很难找到很好的储存办法。反物质一旦遇见任何的物质,就会立即发生爆炸,释放出强射线。为了保存反物质,科学家只能使用强磁场,将它们约束在一个高度真空的容器中。而要维护这个真空容器的状态,也是非常麻烦的事情。

第四,利用已知的制造反物质的方法,每次只能偶尔制造出一两个反原子物质,有时候实验室一年才能够制造出10来个反原子物质,数量太过于稀少。物以稀为贵,反物质自然不会便宜。

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反物质概念

正因为如此,反物质是世界上已经知道的最为昂贵的物质。过去,美国物理学界有过大致估算,仅仅是制造1克反物质,就需要至少5000亿美金的投入。这还是90年代的说法,如今是2020年,已经过去20多年,5000亿美金,至少相当于现在的10000亿美金。也就是说,一克反物质,就需要至少耗费10000亿美金才能制造出来,是名副其实的“万亿物质”。

而世界上有史以来最强大、富裕的美国,2018年的GDP为20.5万亿美金,用一年的所有GDP,差不多可以制造出20克反物质。想想也知道,美国不可能把所有的GDP都投给科研工作,更何况是制造反物质?

所以说,反物质极端昂贵的程度不是我们可以想象的,即使把它们制造出来,也无法投入大规模应用,因为谁也用不起。

正电子是最简单,也是最容易被制造出来的反物质。科学家不满足于此,还在寻求制造更加复杂的反物质。比如说,试图制造一些反氢原子物质。

反氢原子是由一个正电子和一个反质子构成,即“”反氢原子=正电子 反质子”。科学界一直猜测这种反物质是否与普通物质一样具有对称性。为了制造出反氢原子物质,早在1994年,美国斯坦福大学的物理学家斯坦布鲁斯基设计出了一种方法,专门用于制造反氢原子。

科学家以后能制造出反物质吗(一克耗资万亿美金)(4)

欧洲核子研究中心

这个方法是,让反质子通过一束氙气,氙原子核包含54个中子和54个质子,在氙原子核附近,一个反质子会与一个质子发生碰撞,然后产生一个光子。光子又会产生一个负电子-正电子对。当反质子源源不断的通过氙原子核附近的时候,偶尔会有一个正电子与反质子发生组合,变为一个反氢原子。如果这个实验过程足够长,也就有更大的概率产生更多的反氢原子。

但是,斯坦福大学的实验室条件不够,经费也不足。他发明的制造方法被告知于他的德国同行沃尔特奥梅勒。沃尔特是欧洲核子研究中心一个研究项目的负责人,他利用美国人发明的方法,在两年后成功的制造出了反氢原子。但是,他的科研团队用了整整一年心血,日以继夜的工作,也就制造出区区11个反氢原子出来,却已经耗资上百万美金。可想而知,制造反物质这种东西,需要付出什么样超级昂贵的代价了。

作者:怀疑探索者

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