反 物 质  
   反物质是物质的镜像。物质由原子组成,原子又由质子、中子和电子组成。质子带正电,电子带负电,中子不带电而有一定的磁性。所谓物质的镜像,就是还有一种质子带有负电,叫反质子;还有一种电子带正电,叫反电子;也还有一种磁性正好与前面所说的中子相反的中子。这些统称为反物质。 
    反物质和物质水火不相容,一旦相遇,就相互吸引、碰撞而全部转化为光。一克反物质与一克物质碰撞而湮灭时释放出的能量,相当于当今世界上最大的水电站12 个小时发出的能量总和。
   通常物质中没有发现过反物质,即使在实验条件下,反质子也一瞬即逝。如果要获得一克反物质,不仅技术难度大,而且至少要花 10亿美元的费用;目前的储藏、运输也很困难。然而,科学家认为,反物质在未来可能是人类不可估量的能源。
    反物质就是由反粒子组成的物质。所有的粒子都有反粒子,这些反粒子的特点是其质量、寿命、自旋、同位旋与相应的粒子相同,但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数与之相反。
    例如,氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成,反氢原子则与它正好相反,由一个带正电的电子和一个带负电的反质子构成。物质和反物质相遇后会湮灭,释放出大量能量。
    科学家认为,制造出大量反氢原子,有助于验证CPT守恒假设的正确性和宇宙标准模型的普适性。如果发现反氢原子与氢原子在物理规律上并不完全对等,将给物理学和宇宙学的一些基础问题带来非常重要的新启发。例如宇宙大爆炸理论认为,宇宙诞生时,从虚无中产生了相等数量的物质和反物质。但人们观察到的宇宙中,物质显然占绝对的主导地位。对反氢原子的研究,可能有助于解开这个疑点。

   新颖高效的反物质火箭
  爱因斯坦狭义相对论告诉我们,质量和能量等价,也就是说,能量可以转化为物质。如在宇宙大爆炸初期,只有能量,没有物质。大爆炸10-36秒之后,氢等物质开始从能量中创生出来;在当代,科学家在高能物理实验中,也可用巨大的能量创造出一些元素和基本粒子(物质)来。
反过来,物质也可转化为能量,这有许多是我们司空见惯的。如我们用木材和煤炭燃烧的热能烧菜做饭,用石油或煤炭燃烧产生的热能推动火车、汽车、轮船和飞机,人们的日常生活和工作靠煤炭、石油燃烧产生的电能维持,还有火箭靠燃烧推进剂的热能产生推力等等,这些热能就是由物质的部分质量转化而成的,较新颖的是,在重原子核的裂变和轻原子核的聚变反应中,物质有比热化学反应更多的质量转化为热能和其他各种形式的能量,利用这些能量可以发电,造福人类,也可成为危害人类的杀伤武器。最新颖的是,正粒子和反粒子相遇湮灭时,全部物质转化为光子和热等能量。物质转化为光子和热能,其实并不新颖,电灯就是靠负电子(正粒子)和正电子(反粒子)相遇时湮灭而发光,同时产生热量。所以,电灯泡发热,只是由于电子本身的质量太小,所以发出的光和热不强。质量比电子大1836倍的质子和中子湮灭时,就会产生强烈的光和热。
上述各种形式,虽然都是物质转化为能量的例子,但我们已看到有转化程度的不同,也就是有效能大小的差别。燃烧等热化学反应,只有极微小的物质质量转化为能量,所以化学能火箭的效率低;核裂变有0.1%的物质质量转化为能量是化学能的百万倍;核聚变有0.7%的物质质量转化为能量,是化学能的1~2万倍。如1克氢核聚变释放的能量为6300亿焦尔,是1克烟煤燃烧的2000万倍。正反粒子相遇湮灭,放出光子和热能,自身双双消失。由于光子没有质量,而是一种能量,所以正反物质湮灭时,100%的质量转化成了能量,是质量转化为能量的最高形式。
根据正反物质湮灭的这个特点,人们设想利用湮灭的能量来做为火箭产生推力的能源。湮灭时的热能和光能都可利用。这种利用湮灭热能的火箭,叫反物质火箭。
反物质火箭利用正反物质湮灭时的热能加热工质,使它迅速升温膨胀,然后高速喷出,产生推力。一种设想是,用液氢作介质,计算表明,由于正反物质湮灭产生的能量,相当于核裂变能量的1000倍,即0.5千克质子和0.5千克反质子湮灭时,可产生相当于1000千克铀核裂变的能量。所以一枚反物质火箭,只要用9千克正反质子湮灭的热能,来加热4000千克氢,就可使1吨重的宇宙飞船加速到30000千米/秒的速度

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