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憑空造物可能嗎?更確切地說,能量能轉化成物質嗎?

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-09-11 04:45:03    作者:企資小編    瀏覽次數:64
導讀

可以,但它需要和它的兄弟——反物質相遇。關于反物質,有件很神秘的事:它的實際存在量比理論上要少得多。讓我們先看一個迄今最著名的物理學方程:E=mc^2。它主要是說,質量是濃縮的能量,質量和能量可以互相轉化,

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

如果你在一個狹小的空間中濃縮一大股能量,新的粒子就會產生。如果研究地更仔細些,我們就會發現,這些粒子總是成對出現,就像雙胞胎。這是因為,粒子都有個副本,也就是反粒子,正反粒子的產生總是精確的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的大型強子對撞機中,兩個質子相撞,每秒能產生數十億粒子和反粒子。拿電子舉個例子:電子的質量很小,帶負電荷。它的反粒子,正電子,與它質量完全相等,但是帶正電荷。不過除了電荷相反,兩種粒子完全相同,也都非常穩定。比它們更重的粒子,質子和反質子,也是如此。

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

科學家因此相信,反物質的世界看起來、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。這兩塊看起來很穩定的東西將會完全消失,變成一大波能量。和原子彈爆炸相似。由于物質和反物質相遇能釋放這么多能量,科幻小說中常常出現控制反物質中的能量,比如,用來驅動《星際迷航》中的飛船。

(圖解:星際迷航里的飛船;圖源:Vocal)

畢竟,反物質中的能量比常規燃料高了十億倍。1克反物質的能量就足以讓一輛車繞地球1000圈,或者把航天飛機送入軌道。那我們怎么還不用反物質來制造能量?因為反物質并不是隨處可見,任由我們豐收。燒反物質前,我們必須先制造它們,而目前制造反物質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,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,很多科學家相信,這的確是可能的。如今,觀察發現,可見宇宙中,哪里都沒有可觀的反物質儲備。

聽起來很古怪,因為如之前所言,宇宙中,反物質應該和物質一樣多。而反粒子和粒子應該以同等數量存在,那反物質去哪了呢?現在這真的是個迷。為了明白可能發生了什么,我們必須回頭看看大爆炸。在宇宙產生的那一刻,巨大的能量被轉化成了物質,而初始宇宙

包含了等量的物質和反物質。但一秒鐘后,大部分物質和所有反物質同歸于盡了,這帶來了大量輻射,至今仍可觀測到。初始物質中,只有十億分之一留了下來,反物質則消失殆盡。你也許會說:“不對,等一下!為什么所有反物質都消失了,卻有物質留下?”我們似乎很幸運,因為物質和反物質中,有一點點不對稱。否則,宇宙中,就完全不會有任何粒子了,人類也就不會出現。

(圖解:大型強子對撞機產生的粒子碰撞 圖源:CERN)

那這不對稱又是怎么產生的?CERN的實驗試圖找出原因:為什么有物質留了下來,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.天文學名詞

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

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(文/企資小編)
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