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世界上最贵的物质是什么?反物质它是终极能源

admin 发布于 2021-09-16 21:58   浏览 次  

  世界上最贵的物质是什么呢?黄金?当然不是,黄金只是一种每克几百元的金属,比它贵的物质比比皆是,如锔和锫,它们的价格都可以达到每克100万元以上,而一种人工合成的元素锎,它的价格甚至达到了惊人的每克2亿元,不过这些都不是世界上最贵的物质。

  那什么才是世界上最贵的物质呢?准确地说,世界上最贵的物质并不是物质,而是“反物质”。在欧洲核子中心14年的工作时间里,一共只制造了10的-10次方克的反物质,按照设备运行的消耗来计算,如果要制造一克反物质,那么成本将会在上万亿美元之上,这个价值不是任何物质可以比拟的,所以反物质当之无愧是世界上最贵的“物质”。反物质是客观存在的吗?当然,我们容易将反物质与暗物质相混淆,但两者并不是一回事,反物质并不仅仅是理论推算得出的,从第一个反物质的发现至今已有将近90个年头了,而现在人类也已经具备了制造反物质的能力,虽然产量并不是很高。

  最早发现反物质的人是美国科学家安德森,在1932年,安德森在利用实验设备“威尔逊云室”观测宇宙射线的时候,无意中发现了带有正电的电子,安德森将其称之为正电子,电子都是带负电的,所以正电子就是电子的反粒子。

  随后,在1955年,意大利物理学家塞格雷和美国物理学家张伯伦又发现了反质子,仅1年之后,1956年,美国科学家考克就发现了反中子。在很多年以后,1995年,欧洲核子中心的瓦尔特带领科研团队制造出了反氢原子,至此,人类拥有了制造反物质的能力。

  到底什么是反物质呢?这还要从量子力学说起,在微观世界中,粒子所处的位置只能用概率来进行描述,而描述这种概率的方程就被称之为波函数方程,因是由薛定谔所提出的,因此也叫薛定谔方程。

  薛定谔方程虽然很好,但其本质是非相对论形式的,所以在描述高速运动的粒子时就会出现问题,为了使这一问题得到解决,狄拉克对其进行了改良,以相对论形式进行了描述,这就是狄拉克方程。狄拉克方程很棒,但也引出了新的问题,就是在使用狄拉克方程求解的过程中,电子会出现负能级。这就与常识相悖了,电子有很多不同的能级,最低的能级为基态,其上可能有第一激发态、第二激发态等等,但哪里来的负能级呢?狄拉克最终给出的解释是:负能级带有正电,因其已经被带有负电的电子填满了,所以电子就不能跃迁到负能级,所以我们也意识不到它的存在。这片由负能级和电子所组成的区域就是我们所说的“真空”。

  此时如果我们拿一个电子给它,那么它就会成为一个被填满的负能级,也就是真空,并释放出能量,而这个过程就是我们所说的正负电子的湮灭,正反物质相遇会发生湮灭并释放出巨大的能量。现在我们知道了什么是反物质,那么研究反物质到底有什么用呢?

  目前比较成熟的对反物质的应用在于医疗检查领域,有一种医疗检查方法叫做PET,简单来讲就是向身体注入正电子,正电子会与我们体内的电子发生湮灭,并释放出能量,而这股能量会产生强光,可以让身体内的病变更容易被发现。在临床上,PET一般与CT结合使用。

  质量是能量的一种表现形式,根据质能方程E=mc∧2可知,能量等于质量乘以光速的平方,光速为299792458m/s,所以光速的平方是个很大的数,因此只需要微小的质量就可以转化为巨大的能量,这就是为什么核反应可以通过裂变或聚变的方式产生巨大能量的原因。核能在我们看来已经很了不起了,但实际上核能只能够把不足3%的质量转化为能量,而正反物质的湮灭却可以将100%的质量转化为能量。

  毫无疑问,以人类现有的认知,反物质就是终极能源。如果人类只是想在太阳系之内转一转,那么核能勉强够用了,但如果人类想要去探索宇宙深空,非反物质能源不可,因为只有反物质能源才有可能让亚光速飞行成为现实。

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