每克62万亿美元,这是地球上最昂贵的物质,它能让人类实现星际旅行。物质更贵。

那么哪种物质最稀有呢?或者是什么物质含有人类所需要的能量?您可能会想到黄金等稀有金属和铀等核裂变材料。

这两种物质确实比其他元素更难获得,但是它们在地球上的储量还是非常大的,这两种物质在宇宙中可以说是取之不尽,用之不竭。我们今天要说的这种物质,不仅在地球上有,就算找遍整个宇宙,也找不到它的踪迹。它是反物质,不仅稀有,而且它反应后释放的能量也是核反应无法比拟的。你可能听说过反物质,也许你忘了它是什么?

其实,反物质是正常物质的对立面,或者说是正常物质的反版本,它和组成正常物质的所有粒子在性质上基本相同。它们具有相同的质量、相同的自旋和相同的电荷数。例如,最简单的氢原子是由质子和电子组成的。这就是我们所知道的正物质,但是氢原子的反版本就是反氢原子,它是由反质子和反电子组成的。

粒子和正粒子的区别在于它们的电荷相反,重子和轻子的数量也相反。

这就导致了他们之间的天壤之别,一克氢原子一文不值,因为地球上的水里有很多氢原子,你在家电解水就可以制氢。

但是你在宇宙中找不到1克反氢原子。虽然人类已经掌握了制备反物质的方法,但1克最简单的反氢原子价值62.5万亿美元。

区别很明显。除了稀有之外,它对人类的作用也太大了,是所有已知物质都无法替代的作用。为什么我们在宇宙中找不到反物质?

虽然我们现在在宇宙中找不到反物质,但在宇宙形成初期,也就是大爆炸后的1分钟以内,宇宙中的反物质是相当丰富的。科学家估计当时的反物质和正物质的数量是相等的。

也就是说,有多少正物质就有多少反物质。这两种物质都是早期宇宙高能辐射碰撞产生的。原理很简单,就是爱因斯坦的质能方程;

当两个高能光子相互碰撞后,当它们携带的能量大于某个粒子的静止质量(一种能量形式)时,能量会自发产生这个粒子的正负版本.

由此产生的正负粒子由于电荷相反,会在瞬间完全湮灭,然后产生两个高能光子,然后这两个光子产生正负粒子,然后湮灭...,并且这个循环继续。

当宇宙膨胀冷却,光子的能量减少到足以产生正粒子和负粒子时,先前产生的正负物质将成对湮灭;

所以科学家们认为,大量的正负粒子物质湮灭后,宇宙应该只有极少量的正物质和反物质粒子,除了光子,它们之间的距离太远,无法湮灭;

这样的宇宙不会产生我们今天看到的行星、恒星、星系,以及由普通物质构成的大尺度结构。

但事实上,今天观察我们的宇宙,确实以正常物质为主,而反物质却消失得无影无踪,这只能说明宇宙中发生了我们现在理论上无法理解的事情;

就引出了物理学上的一个难题,就是所谓的正负物质数量不对称。目前看来,早期宇宙中正物质的数量应该比反物质多1/10亿。反物质最终被消耗掉后,剩下的正物质就留在了今天;你在里面看到的一切,包括你和我,还有你手里的手机。至于后来怎么样了?虽然我们现在还不知道,但科学家们认为,一定有某种我们还没有发现的质量更大的粒子。该粒子的正反物质版本不遵守电荷对称性(即C对称性破缺)和电荷守恒。(即CP对称性破缺),重子数守恒破缺。衰变时会产生正负粒子的不对称性。希望未来我们能找到这个粒子,解开反物质消失之谜。

为什么反物质这么贵?

如上所述,反物质与正物质相遇会完全湮灭,是那种不留任何残余的反应,其中所含的质量会瞬间转化为纯能量。

这种反应的效率是核反应的数百万倍,而且核反应只是通过质子和中子在原子核中的复合释放出一部分强大的结合能。

在这个过程中,只会损失一小部分质量。例如,三个质子结合成氦4后,如果称重,只会损失7%的质量。相当小的一部分。

但是你要拿4个反质子和4个质子让它们相遇,那么你会瞬间失去8个质子的质量。上图中的数字大家可以粗略计算一下,这个差距非常大。所以反物质确实比核能更高效,而且没有残留物,所以没有污染。这种物质简直就是宇宙中的终极能源。

这种物质的作用对人类来说太大了。

有这么大的作用,全宇宙都很难找到。人类制造它需要花费大量的时间和精力,而且即使制造出来了,我们仍然没有很好的方法来储存它。

其实自上个世纪发现反物质以来,人类已经产生了极少量的反物质,即反氢原子。上个世纪以来,费米实验室的电子加速器产生的反物质总量只有15纳克,大型强子对撞机产生的反物质粒子总量也只有1纳克。

一克相当于十亿纳克,也就是说人类制造一克这样的反物质需要几万年的时间。

而且这种物质没有办法储存,它会和正物质发生反应,所以这种物质不可能装在我们知道的所有容器里,它也不能和空气接触。

必须在真空中被磁场限制。

其实,反物质不仅可以让我们实现星际旅行,利用巨大的能量让飞船加速到接近光速,在医学上也有很大的用处。

例如,正电子发射断层扫描(PET)利用正电子生成人体的高分辨率图像,其成像效果远优于X光扫描。此外,欧洲核子研究中心(CERN)的ACE项目科学家们已经将反物质作为癌症治疗的潜在候选者进行了研究。

虽然人类要制备出大量的反物质,并储存起来利用起来,还很遥远。毕竟我们连核反应都没玩过。只要掌握可控核聚变,人类的能源问题就基本解决了。向上。以后我们就可以聊反物质能量的问题了。因此,如果人类使用反物质,那么我们很可能就有能力殖民整个星系。

虽然距离很远,但是幻想和梦想是少不了的。