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反物质弹百科

2017-02-20 10:16:23 杭州亭柏激光加工中心 阅读

反物质

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所谓反物质即与物质的粒子类似,带有相反电性的物质粒子。每一种基本粒子都有其对应的反粒子。当基本粒子与其反粒子相遇时,会同时湮灭[2] 
受到通古斯大爆炸等三大“世纪之谜”的启发,杭州激光打标加工科学界在1986年开始提出三次大爆炸可能是反物质发挥作用的结论。1997年,科学家宣布发现了“银心反物质喷泉”,使科学家们寻找反物质的热情再次高涨起来。其实,反物质与普通物质并无两样,所不同的是,组成反物质的粒子与组成人们所熟知的一般物质电荷相反。早在1928年,
反物质并不抽象他有他一套数学模型
反物质并不抽象他有他一套数学模型(8张)
著名的物理学家狄拉克通过数学计算,提出了一项大胆预测:在宇宙中,存在着一种新的粒子,这种粒子除带正电荷之外,所有性质都与电子相同,即带有正电荷而质量与寿命都与电子相等的粒子(反电子),即狄拉克反物质假说。1932年,美国科学家安德森验 证了狄拉克的预测。他在分析研究宇宙射线中发现了这种粒子,它的质量和带电量同电子一样,只是它带的是正电,是电子的反粒子,被称作正电子,而电子带的是 负电。1955年,在美国贝克利的质子加速器中反质子和反中子相继被找到。60年代,基本粒子中的反粒子差不多全被物理学家们找到。一个反物质的世界渐渐 被科学家像考古般地"挖掘"了出来。1996年1月,欧洲粒子中心的科学家们利用粒子对撞机使高速的氙原子与反质子相撞,获得了9个反氢原子,虽然这些反 氢原子在亿分之三秒后就分散成为反质子反电子, 但标志着人类已经能够制造出反物质了。反物质的原子核是由反质子和反中子构成的"负核",外有正电子环绕。由反粒子构成的物质叫反物质。许多物理学家认为 反粒子是由原来粒子的内部结构被“镜面倒转”以后得到的。正如,当你照镜子时,镜中的那个你如果真的存在,并出现在你面前,那么镜中那个你就叫做“反 你”。许多反物质的研究者还这样推测:在开天辟地的那个时刻,物质和反物质就分离开,构成了两个宇宙,一个称做“宇宙”,另一个则是“反宇宙”, 它们互相排斥并且以很大的速度互相远离。反物质正是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分。反物质一旦同我们世界的"正物质"接触,便会在 瞬间发生爆炸,物质和反物质变为光子或介子,释放巨大能量,产生"湮灭"现象。据人类所知,反物质可能是世界上最有威力的能量源和爆炸性物质。根据爱因斯坦相对论中著名的质能换算公式E=mc2,微量的反物质便能产生惊人的巨大能量。它能以辐射形式百分之百的效率释放能量,而二核裂变的效率是百分之一点五。美国兰德公司在 一份反物质实验报告中指出,当1克反物质与1克物质相互碰撞湮灭时,放出的能量是5×107千瓦时,约为6兆瓦年。但是,反物质极不稳定,它可以把接触到 的任何东西都化为灰烬,连空气也不能例外。世界上任何大型的粒子加速器里都可以制造出小量的反物质,但是无法大规模又便宜地生产出足够多的反物质。 2004年3月24日,在美国宇航局召开的“先进概念研讨会”上,美国人公布的数据显示,生产一千亿分之一克的反物质,需要耗资近60亿美元。但是,据 2008年10月18日美国《自然》杂志报道,美国军方科学家发明了一种产生反物质的新方法。除此之外,欧洲有关研究中心已经在开发一种新型的反物质减速 器,这是一种先进的反物质生产设备,这种设备将有望大幅度提高反物质的生产能力。[3] 

武器

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科学家们认为,反物质不仅能够解决能源问题和实现能源革命,而且在军事上 具有重大的应用前景。反物质被各国军事专家认为具有以下4项军事用途:一是用作超高速火箭的推进燃料,如光速火箭的燃料;二是用作空间轨道上军用站以及其 他领域的超小型、超轻型能量发生器;三是用作启动聚变弹的“核扳机”;四是用作集能束武器,如可任意调节的反物质炸弹。可以说,以美国为首的西方核大国对 以反物质作为弹药的反物质武器倍感兴趣。早在1983年,美国兰德公司就耗资200万美元为美国空军进行了一项生产和使用10万亿个反质子/秒的可行性研 究和使用该技术制造“质子炸弹”的可行性研究。在2000年,美国空军更是成立了由号称“美国反物质武器之父”的爱德华兹为负责人的“革命性弹药”研发小组,开始专事反物质武器研究。从西方的核武器划分标准来说,反物质武器属于第四代核武器, 被视作“常规武器”的核武器,可以在常规战争或局部战争中使用。反物质武器的最大特点就是能量密度极大且易于点燃,不像原子弹裂变反应那样要求临界质量而 无法减小其体积,也不像氢弹聚变反应那样要求极高的点火温度而必须由原子弹引爆(但是现在好像是可以不用原子弹引爆了)。其次,与核弹不同,反物质炸弹拥 有氢弹爆炸的威力,但是爆炸时只产生电磁波,杭州激光刻字加工并不会产生核辐射,不会对生物和植物造成巨大辐射伤害,引起人道主义灾难,是一种“干净的氢弹”。据科学家们 估算,每百万分之一克的反质子与质子发生湮灭(爆炸)后释放的能量相当于37.8公斤的TNT炸药。一克的反物质就相当于约四万吨的TNT炸药当量——相 当于当年投在广岛的那颗原子弹的能量。几微克的反物质放出的能量,就可作为热核反应的扳机,或者可以激励出很强的X射线暴或γ射线激光。如果一个反质子和 一个质子相互进行湮没反应,其释放出的能量约为一个铀原子核裂变时释放出能量的10倍;如果考虑湮没反应在物质中引发的次级效应,那么这种反应就将释放出 更多的能量。据悉,美国五角大楼于 2008年9月举行了一次代号为“反物质特攻-2008”的电脑模拟演习,演习实况如下:201X年,一名美军士兵携一枚反物质定时炸弹潜入C国首都,在 市中心临近C国总参谋部大楼的公共厕所内安装好后从容撤出。军事行动开始后,反物质定时炸弹爆炸,C国总参谋部大楼和附属设施化为灰烬,而这名士兵所携的 反物质炸弹只有五千万分之一克!随后,一枚反物质脉冲炸弹在C国电力和通信网络上空引爆,刹那间,该国的军事和社会活动彻底瘫痪……演习结束后,五角大楼的将军们惊叹:“几克重的反物质炸弹就能毁灭地球了!”然而,普林斯顿大学高级研究所的历史学家、科学家乔治·戴森指出,“干净”的反物质武器远比“肮脏”的核武器更可怕,因为它更有可能投入实战。如果美国研制出反物质武器,那么,美军在战场上将更加无所顾忌——由于它没有核残留,美军可能会将其归类为常规武器。”[4] 

制造难点

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虽然反物质炸弹在理论上拥有巨大的湮灭性摧毁能力,但是在技术上依旧存在着
反物质武器反物质武器
一些无法超越的挑战。首先,如何能够便宜地生产制造出足够多的反物质,依旧是一大挑战。其次,储备反物质在技术上存在难点。如何在小型空间内 储存足够的反物质,如把它们装入瓶子,而不是存放在强大的电磁场内。事实上,反物质并非象一些科学家描述的那样法力无边,因为在关于反物质的学术研究方 面,仍有六个主要方面的问题有待于进一步深入研究,得到实质性的突破。
六个问题如下:第一,电与磁的能量交换本质依然不详。该观点认为,人工获 得反物质及其应用的说法则是站不住脚的。第二,正物质不能束缚反物质。该观点认为,获得的反物质并不是真正意义上的反物质。第三,人工磁场难以束缚反物 质。该观点认为,被束缚于强大的人工电磁场下的反物质,容易出现风险。第四,反物质是单向不可逆的。该观点认为,反物质炸弹在储备设备寿命到期且没有机会 使用的时候,最终湮灭之时必将使储备者受害。第五,用正物质不能制造出反物质。该观点认为,在正物质的环境里寻找反物质,是不可能实现的事情。第六,湮灭 机理不详。该观点认为,正反物质湮灭过程中,正物质与反物质的湮灭机理没有本质性认识。

难关

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建立反物质武器的最大障碍在于产生与存储反物质。一公克反物质与一公克对消灭的物质,可以产生180万亿焦耳的能量,相当于4.3万吨的TNT炸药(约投在广岛3倍的原子弹的能量)。 但是以现有的技术,需要昂贵且庞大的粒子加速器,并投入相当于大城市的总用电量的能量,才能获得极少数的反物质,且极难保存。即使使用现时最大粒子加速器的欧洲核子研究组织,也需要40亿年时间才能生产出一公克反物质。
但三个方面的技术难点无法超越:
第一,能量守恒原理不 能超越。因为要湮灭多少正物质,必须伴有多少等量的反物质,尽管反物质炸弹的能量释放比原子弹更加威力无比,但也必须先有反物质炸弹的一定储备,特别是反 物质的储备,才有反物质炸弹的威慑。因此,就当今科技能力而言,妄图通过反物质炸弹来毁灭一国一族,那只能是自欺欺人的把戏。
第二,反物质炸弹的储备难以从技术上超越。大家知道,即使是核武器,只要包容好、包装好、安放好,就相安无事。可是,反物质却不象普通物质这样,而是需要强大的磁场能量来束缚。然而,强大并不可间断的磁场能量,不仅需要更加先进可靠的设备,更需要强大的电能来维持。因此,所谓的反物质炸弹的应用,则不是那么轻而易举的事情。
第三,反物质炸弹万无一失的安全性难以超越。因为技术风险巨大,一旦失控,那就不是“搬起石头砸自己的脚”这么简单,而首先毁灭的不是别人,而恰恰是是操刀者自己。
核聚变的能量比核裂变大,正反物质湮灭释放的能量比核聚变还大。反物质弹的威力可以小到1千克TNT当量,也可以大到1万亿吨TNT当量。反物质弹可以直接摧毁一颗大行星,是名符其实的星球炸弹。一颗反物质弹就可以确保摧毁地球,因此确保生存的难度将越来越大。
每百万分之一克的反质子与质子发生湮灭后释放的能量相当于37.8公斤的 TNT炸药。但是人类的科学技术生产千亿分之一克的反物质需要耗费60亿美元。反物质弹的成本极高。几微克的反物质放出的能量,就可作为热核反应的扳机, 或者可以激励出很强的X射线或γ射线激光,因此反物质在军事领域有着极为广阔的应用前景,成为各国研究的重点。杭州镭雕加工
美国军方现正在秘密研制以反物质作为弹药的“质子炸弹”,并已在这方面投入了大量资金。早在1983年,美国兰德公司就耗资200万美元为美国空军进行了一项生产和使用10万亿个反质子/秒的可行性研究。
由反光率100%的反光层和防粒子束层构成。反光率100%的反光层用于 反射激光,它可以是一层简单的涂层,也可以是一个复杂的结构。先进的反光层应该利用光的干涉原理,把入射激光“处理”一下,让其反射时的相位与入射时相 反,让入射激光和反射激光相互“抵消”。防粒子束层可以是一层简单的铅层,也可以是一个复杂的结构。在防粒子束层中掺入天然的放射性元素,利用放射线让反 光装甲表面的空气电离,形成电离层。激光和粒子束在穿过电离层时会被大大的削弱。可以在反光装甲的表面设置隐形材料涂层,也可以在隐形材料涂层与反光层之 间设置一个电离层。电离层可以是电离的气体,也可以是“带电”的多孔材料。
反光装甲可以运用在坦克、飞机、导弹、卫星和舰艇上。

最新进展

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美国反物质弹研究取得重大突破 2008年10月18日,《自然》杂志报道美国军方科学家发明了一种产生反物质的新方法,使得产生百万分之一克反物质的成本从10亿美元降低到了1亿美 元。这意味着美国反物质弹的研究取得重大突破。 历史事实:美国1983年就开始研制反物质弹 1983年,美国兰德公司耗资200万美元为美国空军进行了一项生产10万亿个反质子/秒的技术的可行性研究和使用该技术制造“质子炸弹”的可行性研究。 美国军方秘密研制以反物质作为弹药的“质子炸弹”已经有25年,总投入超过600亿美元。 1989年7月,欧洲核物理组织首次“捕获”到反质子,其生成率达1000万个反质子/秒,但由于试验条件还不够稳定,反质子仅保持约10分钟。 更多历史事实请参见《未来战争论(第一版)》。

能量发生器

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正反物质湮灭装置可以作为各种系统的超小型和超轻型高能量发生器,还可以 作为各种聚变型核弹的起爆器,而且聚焦湮灭产生的光辐射形成的光束比激光光束更好用。10万亿个“质子-反质子”对发生湮灭将释放3000焦耳的能量,而 10万亿个“质子-反质子”对的质量不到百亿分之一克。每百万分之一克的反质子与质子发生湮灭后释放的能量相当于37.8千克的TNT炸药。

物理基础

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正反物质湮灭 物质和反物质发生湮灭,其质量将全部转化为光辐射的能量。按照E=mC2,质子和反质子的质量均为1.6726231X10-27千克,光速C为299792458米/秒。一个质子和一个反质子发生湮灭,释放的能量为3.3452462X10-27kgX89875517873681764m2/s2=3.00655734639966X10-10J,即一个质子和一个反质子发生湮灭将释放3 X10-10焦耳的能量。 1个中子击中1个铀235原子核发生裂变反应可以释放出210MeV的能量,即3.36459732X10-11J(注:1MeV=1.6021892X10-13J)。 1个中子和1个铀235原子核的总质量是一个质子和一个反质子总质量的118倍,即相同质量的湮灭反应释放的能量大约是裂变反应的1054倍。 2个氘原子核发生聚变反应可以释放出4.04 MeV的能量,即6.472844368X10-13J。1个氘原子核和1个氚原子核发生聚变反应可以释放出17.58 MeV的能量,即2.8166486136X10-12J。1个氘原子核和1个氚原子核的总质量是一个质子和一个反质子总质量的2.5倍,即相同质量的湮 灭反应释放的能量大约是聚变反应的266倍。 聚变反应约是裂变反应的4倍,而湮灭反应是裂变反应的1054倍。因此,反物质弹可以成为比原子弹厉害1054倍,比氢弹厉害266倍的超级大规模杀伤武 器。 湮灭反应、聚变反应和裂变反应的详细计算公式请参见《未来战争论(第一版)》。

创新思维

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三颗反物质弹瞬间灭亡全人类 原子弹和氢弹通过光辐射、核辐射、冲击波和核辐射降下灰四大杀伤因素直接杀伤人类,并可造成核冬天继续杀伤人类。通过计算可以知道,至少需要30枚 5000万吨当量的氢弹同时在适当的位置和高度爆炸才能在瞬间灭亡全人类。(详细的计算和论证请参见《未来战争论(第一版)》。) 根据开普勒第三定律可计算出地球同步轨道距 地心约42241千米,距赤道约35786公里,线速度的大小约为3.1公里/秒。根据几何知识可知,如果把三颗同步卫星,相隔120°均匀分布,那么卫 星发射的的直线电磁波就能覆盖全球绝大多数有人居住的区域(除两极以外)。 通过计算可以知道,制造三颗反物质弹,每颗反物质弹填装13.227千克“质子-反质子”对,即质子和反质子各6.6135千克。把三颗反物质弹送到 35786公里的地球同步轨道,相隔120°均匀分布,同时引爆。那么,三颗反物质弹释放的超强光辐射将在瞬间照射到全球绝大多数有人居住的区域:被光辐 射直接照射到的人类立即死亡;城市、村镇和树林在瞬间被点燃,整个人类文明陷入一片火海;整个大气层的温度急剧上升,谁能呼吸100摄氏度以上的高温空气 而不死亡;江河湖海里的水急剧蒸发的同时冰川急剧融化,海平面快速上升的同时有的江河湖泊却干涸了;…..整个人类文明就在那瞬间的闪光之后灭亡了。(详 细的计算和论证请参见《未来战争论(第一版)》。)
如果装填的不是13.227千克而是13吨,那么整个地球表面的岩石都将融化。如果把三颗反物质弹埋到地下3189公里处(地球赤道处的半径约6378公里),那么整个地球都将被炸裂。我们看到原子弹,氢弹,生化武器给人类带来的巨大灾难!

任意调节

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环保的当量可任意调节的反物质弹:反物质弹湮灭反应最大优 点就是能量密度极大且易于点燃,不像原子弹裂变反应那样要求临界质量,也不像氢弹聚变反应那样要求起始的点火温度。1克反质子与质子发生湮灭就是3.78 万吨TNT当量。反物质弹的当量可以从3X10-10J到1万亿吨TNT当量,甚至无限大之间任意调节。三颗反物质弹就可以确保灭亡全人类,确保生存的难 度将越来越大。实际上,反物质弹可以直接摧毁一颗大行星,是名符其实的星球炸弹。

光明前景

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反物质的三大用途 光速火箭的燃料:正反物质湮灭装置可以把火箭的速度提高到1万公里/秒,甚至接近光速。例如:1千克正反物质与一面质量为1千克的巨大反射镜相对放置,整 个装置处于相对静止状态。如果1千克正反物质突然发生湮灭,那么将向同一个方向以光速喷射等效总质量为1千克的光子。根据动量守恒定理可知,相对放置的那一个质量为1千克的巨大反射镜也将以光速向相反方向运动。(更进一步的内容请参见《未来战争论(第一版)》。) (插图:反物质推动的火箭)