反物质研究获突破 星际航行将成真?

thunfish

反物质研究获突破 星际航行将成真?  
   

　　目前，人类制造的飞行器尚无法达到光速。如果有朝一日能采用反物质作为宇宙飞船的动力，其速度将可以是超过光速的，这就使得人类的星际航行变得轻而易举。位于瑞士日内瓦的欧洲原子能研究组织的一个研究小组日前宣布，他们的反物质研究取得重大突破，首次制造出了大批反物质。尤为引人瞩目的是，这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。

　　什么是反物质

　　顾名思义，反物质就是普通物质的反状态。当正反物质相遇时双方就会相互抵消，发生剧烈爆炸，产生巨大能量，在很多科幻片中这些能量都被用于进行宇宙飞船发射等。实际上，反物质就是由反粒子组成的物质。科学家们相信，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。它的实用价值在于，物质和反物质相遇后会湮灭，释放出巨大的能量。

　　物理学中有一个称为宇称守恒(电荷-宇称-时间守恒)的假设，根据这个假设，如果把基本粒子的电荷、宇称两个性质都换成相反的，并倒转时间箭头，所得到的粒子将与原来的粒子遵循同样的物理规律。例如，氢原子和反氢原子的光谱、对引力的反应都应该相同。科学家认为，制造出大量反氢原子，有助于验证宇称守恒假设的正确性和解释宇宙构成之谜。

　　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。

　　这是一次新的突破

　　在世界各地9个研究所、39名科学家的通力合作下，欧洲核子研究中心近日成功制造出了约5万个低能量状态的反氢原子。

　　总部设在瑞士日内瓦的欧洲核子中心参与研究的科学家发表报告说，科学家先在粒子加速器中使原子和质子相撞，制造出反质子，通过反质子减速器把它的速度降到光速的1／10左右，然后用电磁场的“陷阱”将反质子束缚起来，使其速度进一步降到光速的百万分之几。

　　科学家说，使用这种方法，每秒钟能观察到几个反氢原子湮灭。从8月份开始，他们观测到反氢原子生成的最初迹象，估计整个试验至今共产生出了5万个反氢原子。科学家认为，能够大量地制造反氢原子，对准确比较物质与反物质的差别、解答宇宙构成等问题将有重要意义。

　　研究者承认，这一研究成果目前还不能得以应用，但它却可以帮助科学家们回答一些关于宇宙的不解之谜。研究小组成员之一，英国威尔士大学的米歇尔·查尔顿教授指出：“这是一个新的里程碑，可以使科学家们研究自然的对称性和宇宙物质存在的基本法则。还可以帮助科学家们对大爆炸中产生的反物质的最终去向加以了解。

　　正反物质产生能量

　　正反物质的数量尽管只是差异一点点，带给我们的影响却是深远的。简单地说，宇宙间正反物质的量若是一样多，那我们抬头就看不到那些星星月亮，我们现在也不会出现在这边，而是与反物质瞬间中合，回归为一大堆的能量。

　　大多数科学家认为，宇宙起源于130亿年前的一次大爆炸。根据这一理论，在几分之一纳秒的瞬间，喷发出的大量能量凝聚成等量的物质和反物质。据爱因斯坦最著名的方程式证明无论什么时候从纯能量产生的物质和反物质，都是以粒子和反粒子对的形式出现的。通常在宇宙射线中产生反物质，现在物理学家可利用加速器来产生反物质。当反物质遇到物质时导致彼此湮没，即一瞬间所有东西全部消失。此前，使科学家们感到困惑的是，当大爆炸早期发生时，应该产生非物质的宇宙。然而使科学家感到迷惑的是，为什么大爆炸后宇宙仍然充满物质——恒星、行星和人类？为什么宇宙不是一无所有？

　　普林斯顿大学物理学家斯瓦特·史密斯表示：“37年来，人们一直在寻找，但他始终没有发现任何在初始物质之外的东西。现在，物理学家们知道，世界上至少存在着两种类型的亚原子粒子，才导致世界上出现了一些莫名其妙的现象，现在可以相信这个宇宙中，物质的存在是占绝对优势的。

　　借此实现宇航梦想

　　在人类探索太空的道路上，宇宙飞船的推进器的重量和推进器的推动力是目前遇到的最大难题：今天的航天器靠火箭推动，要想达到一个足够快的速度，使我们可以在长短合理的时间内到达任何想要去的太空目的地，那么火箭就需要充足的燃料，得到足够大的推动力。另一方面，火箭需要携带的燃料重量实在太大，大得足以阻止它获得足够的速度。很显然，火箭不是实施星际旅行的合适工具，人类需要找到一种仅需要很少的燃料或根本不需要燃料的新的航天方式。曾有人设想，无推进器的太空飞船也许是解决问题的最终方案。这种飞船装备有一个超薄、超大的帆，完全展开后有美国的得克萨斯州那么大，对准帆发射一束激光或高能微波源为飞船提供能量，推动飞船以1／3的光速行进，大约为每秒8.8万公里，飞船就可以在50年之内到达半人马星座。为此，可以挑选一批16岁左右的孩子，训练他们成为首批宇航员。等他们20岁左右时派遣他们出发，经过长时间枯燥的太空旅程，他们65岁左右时到达半人马星座，进行一些科学探索，然后把他们所得到的信息传送回地球。非常明显，这批宇航员的自然寿命决定了他们是“有去无回”的，显然这是一项耗费一生的工作。

　　显然，实现星际航行的困难肯定是巨大的。与我们距离最近的阿尔法半人马座比邻星，离太阳大约有4.4光年(1光年大约等于9.6万亿公里)；其次为天狼星，大约有8.7光年。需要指出，人类迄今制造出的航行速度最快的飞行器是“旅行者”太空探测器，它的速度是每秒15公里。我们可以想象以这样的速度，最近的星系都是那么遥不可及。假设生活在1.1万年前冰川时期的洞穴人把“旅行者”太空探测器发射升空，去探测距离地球最近的半人马座比邻星，就算没有任何意外，那么它目前还正在茫茫太空中飞行，仅仅完成了全部旅程的1／15。

　　如果想走得更远，就需要构思新一代宇宙飞船的模型。自带引擎和燃料是必需的，有人设想，物质与反物质碰撞的形式也许是燃料供给的最佳途径。

ZT 科技之光

hugo

不错的消息，科学研究日新月异

声波wV+

好文，长知识。
科学的发展是无穷尽的。

去未来旅行如今看是可行的，但回到过去却是截然不同的两种技术。
并且现在看来，可行性也非常小。

科学造福人类，生活更加方便。 但愿每个人都梦想成真吧！

cupid

宇称不守恒。