人類終極動(dòng)力源是什么物質(zhì)

【專家解說】：科學(xué)家設(shè)想將反物質(zhì)作終極動(dòng)力源

　　2011年，歐核中心的物理學(xué)家將捕獲的反氫原子保持了1000秒。這個(gè)時(shí)間并不長，但對(duì)于主持反氫激光物理裝置項(xiàng)目的科學(xué)家來說，卻是4個(gè)數(shù)量級(jí)的重大突破——他們此前的記錄是捕獲了38個(gè)反氫原子并保持了172毫秒，那其實(shí)已是從更早期的百萬分之一秒量級(jí)提高到十分之一秒的量級(jí)了——而2011年的實(shí)驗(yàn)成功將309個(gè)反氫原子保持到1000秒，從而為更深入觀測(cè)反物質(zhì)爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間，也為進(jìn)一步證明反物質(zhì)屬性鋪平了道路。

　　在實(shí)驗(yàn)室之外，國際合作研制的PAMELA(反物質(zhì)探測(cè)和輕核天體物理載荷)探測(cè)衛(wèi)星在地球磁場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子的存在。2011年12月，NASA的費(fèi)米伽馬射線天文望遠(yuǎn)鏡以最新數(shù)據(jù)證實(shí)了宇宙存在著過量的反物質(zhì)，而本次結(jié)果是在2008年P(guān)AMELA衛(wèi)星捕捉的一次非同尋常的反物質(zhì)信號(hào)的基礎(chǔ)上完成的。

　　為了尋找更加無可置疑的證據(jù)，一個(gè)相當(dāng)值得依靠的探測(cè)器——丁肇中領(lǐng)導(dǎo)、耗資22億美元研制的“阿爾法磁譜儀2”(AMS-02)已于去年5月發(fā)送到了國際空間站。這臺(tái)被稱為“科學(xué)之未來”的強(qiáng)大儀器，擁有巨型磁鐵可用于解析宇宙射線，兼而探測(cè)正電子的過量和驟降，同時(shí)標(biāo)示出地球軌道上的反粒子。

　　AMS-02擁有的是遠(yuǎn)比費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡更高的能量探測(cè)范疇，因此也被視為可對(duì)反物質(zhì)謎案作出“結(jié)案陳詞”的科學(xué)利器。而最近的研究發(fā)現(xiàn)，巨大的行星，如木星，其磁場(chǎng)中應(yīng)該存在著比地球更多的反質(zhì)子。

　　當(dāng)前的趨勢(shì)是，科學(xué)家開始越來越感興趣從宇宙空間中尋找新的反物質(zhì)來源，而不僅是從相對(duì)低效率的加速器上獲得了。因?yàn)槿绻@取到的反物質(zhì)微量到連一杯咖啡都熱不了，更別提去驅(qū)動(dòng)《星際迷航》中的星艦“企業(yè)”號(hào)了。

　　另辟蹊徑挑戰(zhàn)終極可能

　　在反物質(zhì)供給問題暫時(shí)陷入僵局的情況下，科學(xué)家們也選擇了從其他方向繼續(xù)推進(jìn)該項(xiàng)研究。
　　美國微軟全國廣播公司(MSNBC)在線版本月一幀消息稱，西儲(chǔ)學(xué)院附高的羅南·基恩和肯特州立大學(xué)高級(jí)研究員張偉明(音譯)，設(shè)計(jì)出一套全新的計(jì)算方法用以驗(yàn)證反物質(zhì)火箭性能的優(yōu)異，其結(jié)論是：若以反物質(zhì)為動(dòng)力推進(jìn)火箭，則可接近光速。
　　這項(xiàng)最新的研究指出，在未來，一種以正、反物質(zhì)的混合物為推進(jìn)器燃料的火箭，能夠在宇宙中以光速的70%左右飛行。這意味著，借助這種新型物質(zhì)發(fā)射火箭，人類前往離地球最近的4.2光年之外的半人馬座約只需要6年時(shí)間。

　　據(jù)研究者基恩與張偉明闡述，所謂的“湮滅”現(xiàn)象，是當(dāng)普通物質(zhì)與反物質(zhì)混合接觸的瞬間發(fā)生的爆炸，反物質(zhì)和正物質(zhì)由此變成光子或者介子。而由湮滅迸發(fā)出的巨大能量，正是他們“反物質(zhì)火箭”研究的理論基點(diǎn)——聽起來和“企業(yè)”號(hào)星艦的動(dòng)力原理類似。而據(jù)發(fā)表于物理學(xué)網(wǎng)站arXiv上的文章稱，1公斤正反物質(zhì)相互作用時(shí)所釋放的能量，是同等重量核反應(yīng)堆燃料的1000多倍，更是同等重量碳?xì)浠衔锏?0億倍。

　　此二人的研究借助了一款用以幫助展示大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)粒子活動(dòng)狀況譬如質(zhì)子和反質(zhì)子流的計(jì)算機(jī)軟件。他們認(rèn)為該軟件現(xiàn)在可以用來設(shè)計(jì)更精密復(fù)雜的飛船引擎。而最終，基恩與張偉明的分析結(jié)果顯示，反物質(zhì)火箭的速度完全能夠達(dá)到光速的70%，這比之前其他研究小組33%光速的成果有了非常顯著的提高。

　　arXiv網(wǎng)站對(duì)此作了相關(guān)解讀：反物質(zhì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是借助磁場(chǎng)的力量來導(dǎo)流湮滅發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的帶電粒子。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是保證和提高磁場(chǎng)引導(dǎo)粒子流從引擎噴口逸出的效率。arXiv網(wǎng)站認(rèn)為，一旦反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)成為現(xiàn)實(shí)，尋找反物質(zhì)燃料的工作就可以從理論研究進(jìn)入到實(shí)質(zhì)性階段?，F(xiàn)有研究已經(jīng)證實(shí)，在地球周圍的外太空，存在大量被地球磁場(chǎng)捕獲的反物質(zhì)。

　　有趣的是，當(dāng)反物質(zhì)火箭真正投入使用之后，乘客們還必須開始習(xí)慣所謂的相對(duì)論效應(yīng)——當(dāng)接近以光速飛行，時(shí)空并不會(huì)移動(dòng)得這樣快。簡(jiǎn)單地說，從地球到半人馬座的旅行，地球時(shí)鐘會(huì)走了大約6年的時(shí)間，但實(shí)際感覺只過了不到4年半而已。

　　盡管目前這一切聽起來更像是異想天開，但偉大如愛因斯坦也曾認(rèn)為，并無跡象表明核能將被人類利用，那么看似不可能的反物質(zhì)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，又為什么不會(huì)在一個(gè)世紀(jì)內(nèi)成為終極動(dòng)力呢？