畅销书《达·芬奇密码》有个前传叫《天使与魔鬼》,里头写恐怖分子从欧洲核子研究中心偷了八分之一克反物质,想拿它把梵蒂冈整个端掉。听着夸张,可这情节背后是有物理依据的。
反物质这东西一旦碰上普通物质,两边会瞬间湮灭,几乎百分之百的质量按照爱因斯坦那条著名的质能方程转成纯能量。这是物理学允许的最猛烈的过程,没有之一,比核弹狠得多。
小说归小说,欧洲核子研究中心确实在造反物质。他们那个专门的车间就叫反物质工厂,参观的人走进去,脚底下就是正在跑的反质子束流,看不见摸不着,但真真切切在运转。
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里面的质子被加速到光速的百分之九十九点九三,然后一头撞在铱做的靶子上,每分钟能撞出大约两千万个反质子。这套设备烧钱烧得厉害,反物质因此成了宇宙里最贵的东西,一克造价大约十亿美元。
花这么多钱造它到底图啥?真正的目标是造反原子。
早在1995年,研究人员就搞出了第一批反氢原子,可当时遇到个大麻烦:这些反原子只能活四百亿分之一秒就湮灭没了,根本来不及做任何实验。要是能找到办法把反物质存住,就能拿它跟普通物质对比着研究。
哪怕两边只有一丁点意想不到的差别,都可能捅出一片全新的物理天地,甚至改写现在教科书上写着的那些定律。怎么在一个全是普通物质的世界里存住反物质,就是欧洲核子研究中心过去三十多年一直在死磕的难题。
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到现在他们已经做出了对反物质最精确的测试,甚至能把反物质"装箱",用卡车拉着走。
想搞明白他们为啥这么执着,得把时间倒回大约一百年前。
当时有位叫保罗·狄拉克的物理学家,写了个方程,想把狭义相对论和量子力学捏到一块儿。方程算出来的结果好得出奇,可狄拉克自己却被这方程难住了。静止电子对应的解,居然给出两种能量,一个正的一个负的。
电子怎么可能有负能量?这在当时听着比鬼故事还离谱,谁也说不通到底是啥意思。一般人碰上这种情况可能直接把负解扔了,可狄拉克没扔。
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他大胆猜测,这个负能量解对应着一种当时还没被发现的粒子,质量跟电子一样,电荷正好相反,也就是反电子,后来叫正电子。
更神的是,仅仅一年之后,人们真的在宇宙射线里观测到了第一个正电子。
狄拉克靠一支笔一张纸就把这东西"算"了出来,反物质从纸面走进现实,从那时候起就成了物理学最诱人的一块领地。再往后几十年,物理学家在狄拉克方程基础上把整套反物质理论慢慢补齐。每种普通粒子都有对应的反粒子,两边一碰就湮灭。
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原理是清楚了,可要真正拿它做实验,还得先解决最基本的问题:装哪儿。
反物质不能装在普通瓶子里,一碰壁就炸。研究人员想了个办法,用磁场把反质子悬在真空管中间,让它谁都碰不着。
就靠这一招,反物质的寿命从四百亿分之一秒一路拉长到能做实验的程度。
后来他们更进一步,做出了能装反质子的"便携装置"。
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有一次,装置在欧洲核子研究中心跑了大约十公里的环线,里面装着九十二个反质子。
从这个角度看,《天使与魔鬼》的桥段还真不算完全瞎编。那要是真按小说写的,八分之一克反物质砸到梵蒂冈头上,会是什么后果?相关团队认真做了模拟。
0.125克反物质发生湮灭,靶区物质瞬间被完全气化,变成纯等离子体,温度飙到大约一亿摄氏度。释放的能量大概是二点二五乘以十的十三次方焦耳,也就是二十二万亿焦耳,相当于当年广岛原子弹爆炸能量的百分之三十六左右。
视野再放大点看,三度烧伤的范围能覆盖好大一片,皮肤直接被灼烧熔化。
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说到这种说不清来头的大当量爆炸,历史上还真有个悬案。
1979年,非洲西部沿海出现过一次疑似核爆事件,美苏两边都派人调查过,翻来覆去分析卫星数据、大气样本,折腾了好久最后谁也没搞清楚到底是啥。不过话说回来,得赶紧把话题拉回现实。
欧洲核子研究中心真能凑出八分之一克反物质吗?据工厂的工作人员说,他们目前一年造的反质子数量大概是十的十次方个,也就是一百亿个左右。工厂差不多运行了二十五年,加起来累积产量大约十的十一次方个反质子。听着不少,可一克物质里大概装着十的二十三次方个粒子。
粗略一算,这么多年下来的全部产量,也就相当于万亿分之一克的量级。换句话说,要凑够八分之一克反物质,反物质工厂得连续开机运行的时间,远远超过整个宇宙已经存在的年龄。
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恐怖分子想按小说里那么干,光是等原料这一项,就够他们等到宇宙都凉透了。就算把工厂一年产出的一百亿个反质子一口气全湮灭掉,释放的能量也就够把一毫升水加热大概一摄氏度。
一克反物质十亿美元还只是眼下的账。要想把它从实验室推到工程应用,不管是做飞船燃料还是别的用途,成本得再往下压好几个数量级才有可能真的落地。
所以欧洲核子研究中心目前的实际产量,距离所谓的"危险级别"还差得远。也正因为差得远,科研人员做各种夸张的模拟才能放心大胆地算。
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可以预见的未来里,聊宏观量级的反物质破坏,其实一点都不实际。那要是不想去欧洲核子研究中心"偷"反物质,还有没有更省事的路子?还真有。去附近超市买几根香蕉就行。香蕉里含有微量的放射性同位素钾-40,大约每七十五分钟就有一个原子衰变,放出一个正电子。
当然,想在反粒子产量上追平反物质工厂一年的产出,大约得攒够十亿根香蕉。这数量摆在超市里都能压垮货架,也没人真会这么吃。所以香蕉这条路,理论上通,实际上还不如老老实实等工厂慢慢造。
其实一根香蕉都不用吃,人体自己就是个小型反物质发生器。人身上本来就带着微量放射性物质,其中一部分衰变过程会顺带产生反物质。有研究估计,一个成年人体内每小时大约会造出一百八十个正电子。
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也就是说,压根不用怕反物质这三个字。它离普通人不但不远,反而近得贴身,每个人本身就是一座小小的反物质工厂。
走在街上擦肩而过的每一个人,身上都在悄悄进行着这套宇宙里最剧烈的能量转化。反物质听着像科幻武器,真放到现实里看,威力吓人是真的,但离能被人拿去搞破坏还隔着好几个宇宙年龄。
眼下更值得关注的,是它背后可能揭示的物理规律,那才是砸再多钱也要接着造下去的真正理由。
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