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中国一线城市房价如何?你可能会觉得有点贵,但和反物质相比,这么小的钱根本不值一提。

反物质是世界上最昂贵的物品,每克的价格高达62.5万亿美元(1克反氢原子的成本)!2018年中国GDP总量只有13.2万亿美元左右!

什么是反物质?

很多人应该都好奇这么贵的东西到底是什么东西!事实上,在过去很长一段时间里,人们并不确定反物质是否真的存在。

1928年,英国科学家保罗·狄拉克预言了反物质的存在。四年后,另一位科学家证明了这一点。

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反物质是由与普通物质相同但电荷相反的粒子组成的。世界上的每个粒子都有一个相反的反粒子。

反物质与正常物质相反,更具体地说,反物质的亚原子粒子具有与正常物质相反的性质,这些粒子具有相反的电荷。

为了更好地理解反物质,我们需要更多地了解物质。物质由原子组成,原子是氢、氦或氧等化学元素的基本单位。

每一种元素都有一定数量的原子:氢只有一个原子,氦有两个原子,等等。

原子宇宙错综复杂,真正的探索才刚刚开始。然而,从简单的角度来看,原子内部有称为电子、质子和中子的粒子。

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图为:带相反电荷的电子

反粒子

在原子的核心,即原子核中,有质子(带正电)和中子(带中性电)。通常带负电的电子占据原子核周围的轨道。轨道的变化取决于电子的“激发”程度(即它们具有多少能量)。

根据NASA的说法,反物质具有与物质相反的电荷。反电子(称为正电子)表现得像电子,但带正电荷。顾名思义,反质子是带负电荷的质子。

这里要说明的是,反物质不是反重力。虽然尚未得到实验证实,但现有理论预测反物质对引力的影响与正常物质相同。

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反物质在哪里

这些反物质粒子(被称为“反粒子”)是在大型粒子加速器中产生和研究的,例如CERN运营的大型强子对撞机,NASA说机器。

粒子对撞机每天都会产生反粒子。在这些对撞机中,粒子束被加速到高速碰撞(与目标或相互碰撞),喷出一系列更奇特的粒子,尽管通常寿命很短(包括反粒子)。

在大爆炸后的最初时刻,只有能量存在。随着宇宙冷却和膨胀,物质和反物质的粒子数量相等。为什么物质现在占主导地位仍然是一个谜。

有一种理论认为,在宇宙诞生之初,产生的正常物质多于反物质,以至于即使在相互湮灭之后,仍然有足够的正常物质形成恒星、星系和我们。

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图为:用电磁陷阱存储反粒子

反物质是如何存储的?任何粒子和它的反粒子之间的接触都会导致它们立即湮灭,它们的质量会转化为纯能量。所以,为了储存反粒子,你必须将它们与所有粒子分开。

可以储存带电的反物质粒子,例如反质子,通过使用电磁陷阱将粒子限制在磁场中,使它们不能与其他粒子接触。这些陷阱通常容纳大约10^12个相同电荷的反粒子。

然而,带相同电荷的粒子会相互排斥,因此陷阱中存储的粒子越多,驱动存储它们的磁场所需的能量就越多。目前不可能储存大量的反质子。

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对于电中性的反粒子或反原子,情况更加困难。不可能包含具有恒定电场或磁场的中性反物质,因为这些电场对粒子根本没有影响。

科学家们正在研究使用“磁瓶”(其中磁场不均匀地作用于磁矩)或“光阱”(使用激光)的想法,但这仍在开发中。

反物质的用途

最常听到的反物质效应应该是未来的航天技术,用于更远的星际旅行,用于制造反物质武器,以及它们的研究价值。

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图:影视作品中的反物质容器

喜欢科幻电影的你一定听说过。在《天使与魔鬼》中,一枚0.25克的反物质炸弹足以将梵蒂冈从地球表面抹去,而在《星际迷航》中飞船的动力来自于反物质。

当反物质粒子与物质粒子相互作用时,它们会相互湮灭并产生能量。这让工程师们推测,未来由反物质驱动的航天器可能是探索宇宙的有效方式。

但是NASA警告说,这个想法有一个巨大的陷阱:制造一毫克反物质将花费大约1000亿美元。虽然研究可以用更少的反物质来完成,但这只是应用所需的最低限度。

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为了在商业上可行,这个价格必须下降大约10,000倍,另外,产生反物质所消耗的能量远远超过反物质与物质反应产生的能量。

原子弹将原子核的结合能转化为自由能。结合能是原子质量的一小部分(质量=能量),因此总质量的一小部分基本上转化为自由能。

而在物质与反物质的碰撞中,所有的质量都转化为能量。这股能量有多恐怖,可以用E=mc^2来计算。

反物质炸弹的作用不等于毁灭人类,因为地球随时都有可能被小行星撞击,而反物质武器或许可以解决这个问题。

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图:《星际迷航》中的宇宙飞船

最后

因为物以稀为贵,反物质至今未在自然界中发现,只能在粒子加速器中制造。并且存储极其困难。

另外,它与物质结合所带来的纯净能量,据说不到17克的反物质燃料就可以让飞船驶向离我们最近的恒星(4.22光年)。

虽然这种昂贵的物质现在还不能使用(有研究价值),但还是有很多人认为它有前途!许多专家甚至认为反物质可以帮助我们发现和治愈癌症。

参考资料

反物质是怎么装的.Angelsanddemons

百度百科.反物质

LiveScienceStaff.WhatisAntimatter.livescience.2014.6.20