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        憑空造物可能嗎?更確切地說,能量能轉(zhuǎn)化成物質(zhì)嗎?

        放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-09-11 04:45:03    作者:企資小編    瀏覽次數(shù):107
        導(dǎo)讀

        可以,但它需要和它的兄弟——反物質(zhì)相遇。關(guān)于反物質(zhì),有件很神秘的事:它的實(shí)際存在量比理論上要少得多。讓我們先看一個(gè)迄今最著名的物理學(xué)方程:E=mc^2。它主要是說,質(zhì)量是濃縮的能量,質(zhì)量和能量可以互相轉(zhuǎn)化,

        可以,但它需要和它的兄弟——反物質(zhì)相遇。關(guān)于反物質(zhì),有件很神秘的事:它的實(shí)際存在量比理論上要少得多。讓我們先看一個(gè)迄今最著名的物理學(xué)方程:E=mc^2。它主要是說,質(zhì)量是濃縮的能量,質(zhì)量和能量可以互相轉(zhuǎn)化,就像兩種匯率差距巨大的貨幣。1克質(zhì)量相當(dāng)于90萬億焦耳的能量。但我具體該如何將能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量?關(guān)鍵是:能量密度。

        如果你在一個(gè)狹小的空間中濃縮一大股能量,新的粒子就會(huì)產(chǎn)生。如果研究地更仔細(xì)些,我們就會(huì)發(fā)現(xiàn),這些粒子總是成對(duì)出現(xiàn),就像雙胞胎。這是因?yàn)椋W佣加袀€(gè)副本,也就是反粒子,正反粒子的產(chǎn)生總是精確的1比1。

        這聽起來很科幻,但卻是粒子加速器中的日常。歐洲核子研究中心CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中,兩個(gè)質(zhì)子相撞,每秒能產(chǎn)生數(shù)十億粒子和反粒子。拿電子舉個(gè)例子:電子的質(zhì)量很小,帶負(fù)電荷。它的反粒子,正電子,與它質(zhì)量完全相等,但是帶正電荷。不過除了電荷相反,兩種粒子完全相同,也都非常穩(wěn)定。比它們更重的粒子,質(zhì)子和反質(zhì)子,也是如此。

        (圖解:反物質(zhì)被認(rèn)為是一種由“反原子”組成,其中“反質(zhì)子”和“反中子”會(huì)組成原子核,正電子則圍繞在原子核周圍;圖源:nuclear-power)

        科學(xué)家因此相信,反物質(zhì)的世界看起來、摸起來、聞起來都和我們的世界一樣。在反世界中,也許有反水、反金,還有,比如反大理石。想象一下,大理石和反大理石被放在一起。這兩塊看起來很穩(wěn)定的東西將會(huì)完全消失,變成一大波能量。和原子彈爆炸相似。由于物質(zhì)和反物質(zhì)相遇能釋放這么多能量,科幻小說中常常出現(xiàn)控制反物質(zhì)中的能量,比如,用來驅(qū)動(dòng)《星際迷航》中的飛船。

        (圖解:星際迷航里的飛船;圖源:Vocal)

        畢竟,反物質(zhì)中的能量比常規(guī)燃料高了十億倍。1克反物質(zhì)的能量就足以讓一輛車?yán)@地球1000圈,或者把航天飛機(jī)送入軌道。那我們?cè)趺催€不用反物質(zhì)來制造能量?因?yàn)榉次镔|(zhì)并不是隨處可見,任由我們豐收。燒反物質(zhì)前,我們必須先制造它們,而目前制造反物質(zhì)消耗的能量比燒它們能得到的,多十億倍。

        但如果宇宙中就有反物質(zhì),而且有一天能被我們從某處的反行星上開采出來。幾十年前,很多科學(xué)家相信,這的確是可能的。如今,觀察發(fā)現(xiàn),可見宇宙中,哪里都沒有可觀的反物質(zhì)儲(chǔ)備。

        聽起來很古怪,因?yàn)槿缰八裕钪嬷校次镔|(zhì)應(yīng)該和物質(zhì)一樣多。而反粒子和粒子應(yīng)該以同等數(shù)量存在,那反物質(zhì)去哪了呢?現(xiàn)在這真的是個(gè)迷。為了明白可能發(fā)生了什么,我們必須回頭看看大爆炸。在宇宙產(chǎn)生的那一刻,巨大的能量被轉(zhuǎn)化成了物質(zhì),而初始宇宙

        包含了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。但一秒鐘后,大部分物質(zhì)和所有反物質(zhì)同歸于盡了,這帶來了大量輻射,至今仍可觀測(cè)到。初始物質(zhì)中,只有十億分之一留了下來,反物質(zhì)則消失殆盡。你也許會(huì)說:“不對(duì),等一下!為什么所有反物質(zhì)都消失了,卻有物質(zhì)留下?”我們似乎很幸運(yùn),因?yàn)槲镔|(zhì)和反物質(zhì)中,有一點(diǎn)點(diǎn)不對(duì)稱。否則,宇宙中,就完全不會(huì)有任何粒子了,人類也就不會(huì)出現(xiàn)。

        (圖解:大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的粒子碰撞 圖源:CERN)

        那這不對(duì)稱又是怎么產(chǎn)生的?CERN的實(shí)驗(yàn)試圖找出原因:為什么有物質(zhì)留了下來,所以我們的宇宙不是只有輻射?但到目前為止,我們還不知道答案。

        參考資料

        1.Wikipedia百科全書

        2.天文學(xué)名詞

        3. TED-Ed-愛天文的Maddi-Tianshu Wang - Mingyu Cui

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