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第十四章 反物质探讨(1 / 1)

宇宙是由物质构成的,物质都是由分子构成的,分子是由原子构成的,原子是由原子核以及围绕它旋转的电子构成的,而原子核是由质子和中子所构成的。科学家后来又发现,质子和中子是由更小的粒子所构成的,这种更小的粒子被称为夸克。迄今,科学家已发现了物质结构的5个层次,即“夸克→核子→原子核→原子→分子”,以及300多种基本粒子。大千世界无奇不有的物质,就是由多种多样的基本粒子构成的。反物质(antimatter)是由反粒子(antiparticle)构成的物质。科学家已经证明,构成世界万物的基本粒子都有一个反粒子——与自己“长得”一模一样但“秉性”相反的“镜像物”。比如,电子带负电,而带正电的电子就称为反电子。

有了反电子我们自然会联想到反质子、反中子,反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子,由反原子构成的物质就是反物质,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。

电子和反电子的质量相同,但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。那么中子与反中子的性质有什么差别?如果要追本溯源那就说来话长了,理论又是非常的枯燥,因此咱们只是简单地来概括下反中子与反质子的性质及结构:

反中子是中子的反粒子,它的磁矩对于其自旋是反号的。反中子与核子相碰可湮没为π介子。中子(n)由一个上夸克(u,带电量+2/3),两个下夸克(d,带电量-1/3)组成。而反中子(nbar)则由一个反上夸克(ubar,带电量-2/3),两个反下夸克(dbar,带电量+1/3)组成。

同样,反质子是质子的反粒子,其质量及自旋与质子相同,且寿命也与质子相当,但电荷及磁矩则与质子相反,带有与电子相同的负电荷。与质子相遇时会湮灭,转化为能量。一个反质子是由两个上反夸克及一个下反夸克所组成。虽然反质子本身是稳定的,但由于反质子与质子接触会发生湮灭的现象,并且转化为能量,是故反粒子无法在一般的自然环境中保存。

何谓湮灭?几乎所有已知粒子的反粒子都被发现了,只有光子是个例外。物理学家论证了不存在反光子,因为反光子就是光子自己。各种成对的粒子与反粒子一旦相遇,便会在释放出γ射线、π介子和极大能量的同时同归于尽,这就是所谓“湮灭”效应。因此,湮灭的定义为:物质和它的反物质相遇时,会发生完全的物质——能量转换,产生光子等能量形式,此一过程即为湮灭(英文:annihilation),又称为互毁、相消、对消灭。

在经典力学中,质量和能量之间是相互独立、没有关系的,但在相对论力学中,能量和质量只不过是物体力学性质的两个不同方面而已。这样,在相对论中质量这一概念的外延就被大大地扩展了。爱因斯坦指出:“如果有一物体以辐射形式放出能量ΔE,那么它的质量就要减少ΔE/c^2。至于物体所失去的能量是否恰好变成辐射能,在这里显然是无关紧要的,于是我们被引到了这样一个更加普遍的结论上来:物体的质量是它所含能量的量度。”

由上述理论我们可以得出这么一个结果:粒子质量为m,一个反物质粒子与另一个粒子湮灭所释放出的能量为ΔE=2mc^2。这个数字公式很抽象,对于没学过高中物理的人来说不知所云,更不能体会它所释放能量的巨大,那么咱们就看下小说《天使与魔鬼》(丹·布朗著)中提到的一些:

反物质是人类目前所知的威力最大的能量源。它能以百分之百的效率释放能量(核裂变的效率是百分之一点五)。反物质不造成污染,也不产生辐射,一小滴反物质就可以维持整个纽约城全天的动能。先别过于乐观,其中可隐藏着危机……

反物质极不稳定,它可以把接触到的任何东西化为灰烬……连空气也概莫能外。仅仅一克反物质就相当于20万吨当量的核炸弹的能量——比当年扔在广岛的那颗原子弹要强20多倍。

当物质与反物质接触,原子最外层的电子因为所带电荷相反而抵消,原子核中的质子也因同样的原因相互抵消,而反中子因磁性与中子相反而与中子进行强烈的碰撞发出惊人的能量。爱因斯坦曾计算过这种完整的能量释放比率,跟这种完全的能量释放相比,核裂变就像划燃一根安全火柴一样微不足道。

……

“1克反物质产生的能量,就足以为23架航天飞机提供动力。反物质的应用,可以从根本上改变能源供应的模式,将会是一场能源革命。但是由于是由加速器产生的高能粒子打击固定靶产生反粒子,再经减速合成的,此过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量,且生成反物质的速率极低,生产一千亿分之一克的反物质,需要耗资近60亿美元,因此尚不具有经济和应用价值。更为糟糕的是,经过长期对宇宙中粒子、射线大量捕获分析后得出的结论是:在三千万光年的范围内不会有巨大的反物质星系存在,我们无法从宇宙的自然环境中直接获得。大型强子对撞机要对撞1千年才能够对撞出一微克反物质,要得到足够多的反物质,必须开发数个星球,建造围绕整个星球的巨型粒子加速器……大家都发表下自己的观点。”会议室内在讨论反物质引擎的可行性计划,首先要解决的问题自然是从哪里获得足够的反物质,老黄作为该项目负责人作了开场白。

参加会议的都是物理学界的精英,然而大家都表情严肃,老黄已讲出了不争的事实,全球的科学家也都为此难题所困。

“暗物质或许是个解决方案。”一位年长的物理学家说,他姓康,五十多岁,为人和蔼,大家都叫他康师傅。

暗物质(DarkMatter)是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中84.5%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的10%不到(约5%)。暗物质无法直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。

暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约70%的暗能量,5%的发光和不发光物体,5%的热暗物质和20%的冷暗物质组成。

新计算机模型表明,暗物质并非由重粒子组成。

“2013年4月3日,诺贝尔奖获得者、华裔物理学家丁肇中团队借助阿尔法磁谱仪已发现40万个正电子,这些正电子可能来自人类一直寻找的暗物质(正电子是反物质,和暗物质是完全不同的概念)。如果正如猜想的那样,只要我们找到暗物质,反物质的难题也就迎刃而解了。我们的基地有1500米厚的岩石作为防护,再加上1000米的深井地下实验室,防护能力达到2500米,可以有效隔绝各种粒子、射线的干扰,适合做暗物质研究的场所。只要资金到位,以我们的人力和技术储备,在十年之内定会有所突破。”

“可那是另一个项目的话题了,并且国内已经有其他的科研团队在做,立项申请经费不是那么容易,对于反物质的获取也不一定会有收获,毕竟即使发现了暗物质,我们对它的内部结构仍然是一无所知,需要从零研究。”老黄否定了康师傅的提议。

另一个年龄相仿的学者说道:“我认为康师傅说的还是有一定道理的,不能全盘否定,即使暗物质的研究对于反物质的获取途径没有结果,我们也可以从中获得其他的成就。暗物质在宇宙中占有那么大比例,而我们对它却一无所知,利用人造黑洞或许可以帮助我们研究它,我想暗物质中可供我们使用的能量或许比反物质带来的湮灭还要巨大。我认为应该作为一个备选方案,如果赞助商、军方同意该方案又有何不可呢?”

“好,那就作为备选方案吧。言归正传,目前还是以获取反物质为主,暗物质研究为辅,可获取反物质最有效的解决方案呢?大家都集思广益,发表下自己的想法。”老黄说。

“我觉得,我们应该换种思维方式,种种迹象表明,反物质与物质水火不容,这个宇宙只是物质的宇宙。我们可以通过打开平行宇宙的技术手段,去别的宇宙寻找,那里或许就是纯粹的反物质世界!”阿魁激动地说出了憋在心中很久的想法,自己的想法会不会很幼稚?会不会遭到否定?毕竟在坐开会的大都是物理界的长者,自己刚来两年是个不到三十岁的小伙子,论学术论资历都远不及他们。

“你的想法不错,非常地大胆、前卫。可是平行宇宙中就存在反物质世界吗?上次郝总意外的穿越也只是意识随脑电波的穿越,是量子纠缠引起的,我们没有手段把人或设备送入平行宇宙,据最新的研究表明,宏观物质在平行宇宙间是不能穿越的。军委也下达了不准研究平行宇宙的命令,因为那有可能带来灾难,我们必须服从军委的命令。你的想法固然很好,但没有可行性。好了,谁还有其他的意见?”

自己的方案就这么被否定了,阿魁呆呆地坐在那里,会议还在继续着,其他学者也都纷纷提出自己的想法,不乏有巧妙的构思,也有不切实际荒诞而搞怪的歪点子,会议的气氛愈加的热烈。然而他心烦意乱什么都听不进去,只感觉有群蜜蜂在耳边嗡嗡地飞来飞去。

……

会议结束已经是晚上八点了,他独自一人坐车走出了基地,在基地门前的溪流旁驻足而立,大口地喝着闷酒。回想三年来在这里竟毫无建树,心中甚是愤懑。峡谷间秋风正紧,一轮弯月高悬东南,透过头顶的一线天竟依稀可见,却只有可怜的几颗星星能够挤进来,最亮的那颗是魁星吗?

“风紧星寥,月似弯刀,虫洞基地,三江河道,孤独浪人孤寂寥。烈酒一杯,心血如潮,我欲弯弓射大雕,可怜不见飞鸟。

“应登山峦,奇石峻岭,林密森茂,休怕入歧途,暗夜魁星闪耀。路有沟深壑浅,路有残垣断道,自恃身怀绝技,竟不如三脚之猫。

“暂且驻兮,另寻他道,且盼明天,重修技能,鬼谷真人来指教。待到山顶时,马化腾云,阳光普照,雄鹰凌空啸!”

“好诗!哈哈,小伙子文采不错啊!”

这人是谁?回头看去,竟然是郝总!“郝总,你怎么也出来了?”说着阿魁赶忙把酒瓶藏在了背后。

“出来透透气,里面闷死了。”他双臂向背后两侧展开,像是伸了个懒腰。“我这腰疼又来了,要是有口酒喝就好了,嘿,你带酒了吗?”郝总像是随口一提,不经意地问。

阿魁把拿着酒瓶的手从背后伸了出来,郝总一把抓在手中,就着酒瓶喝了两口,“真够辣的!有酒也不说一声,还藏着掖着的,真小家子气。”

“你早就看到了!”

郝总拍了下他的肩膀,在河边的那块巨石上两人紧挨着坐了下来。“一个人在这喝酒多没意思,你也陪我喝口!”郝总把酒瓶递给他,像是多年的酒友。

阿魁接来也喝了一口,叹了口气。

“是不是遇到不顺心的事了?工作的事,还是生活方面?”

“三年了,我在这里一无所成,感觉自己就像个废物!”他又连喝了几大口,月色下红红的脸,不知因是酒色还是因忧郁而悲伤。

“唉唉唉,给我留两口,再喝就没了!”郝总把酒瓶从他手中抢来,喝了一口,“刚三年就受不了了?唉,年轻人啊!”

“三年,人生能有多少个三年呢?我的同学在公司里由技术员、由学徒一个个都成了技术骨干,成了工程师,而我呢?在这里排资论辈,还是一无所成!”

“所以你想离开?”

阿魁点了点头。

“那很可惜啊,正有个项目想要你来做,我看那还是算了吧,唉……”郝总故作一声长叹。

“什么项目,你说说,我保证高质量完成!”三年来一直在别人手下做事,突然间有了自己的项目,阿魁抖然来了精神。

“你不是说自己要走了吗?”

“我什么时候说过?!”

“就刚才,我问你是不是想离开,你点头了!”

“我那是犯困在打盹!”

“我看你刚才是犯浑!好小子会耍嘴皮子了。”郝总拍了下他脑袋。

阿魁摸了下头,笑着问:“是什么项目?”

“脑电波记忆移植。三年前,我意外的到了另外一个平行宇宙,当然是以脑电波复制记忆的形式。平行宇宙的研究是军委严令禁止的。我就一直在想,记忆可以通过脑电波在平行宇宙间传播,在大脑中复制一份全新的记忆从而改变一个人的身份,那么在我们这个宇宙中为何不可呢?我想让你和大虾一起负责这个项目,他是生物学领域的,对人体大脑器官有很深的研究,你是物理学方面的,两人组合刚好合适。如果人手不够的话可以和我提,我们基地有关方面的研究成果你也可以参考。有信心吗?”郝总喝了口酒,把酒瓶递给他。

“有!”阿魁接过酒瓶,拿在手中的像是一个闪闪发光的奖杯。

两人再次你一口、我一口地喝将起来。空腹饮酒很容易让人醉,又不常喝,酒量都有些欠佳,一瓶酒尽,于是两人都觉得有些天旋地转,整个身体都飘飘然起来。

郝总似乎是诗意大发:

“十年如一日,旧梦似今朝。酒醉梦不真,浪人孤寂寥。

较你‘孤独浪人孤寂寥’效果如何?”

“前不着村,后不着店,不知你从哪里摘了这几句话来?”

“想知道从哪里摘抄的?”

阿魁点点头。

郝总摇晃着身子站了起来,山风吹来,险些把他吹入河中,好风!

“珞珈山风起,东湖水袅袅。

屈指三年半,两载又半宵。

三年磨得废铜剑,两载废铜重铸刀。

重铸刀,拜来珞珈砥砺石,文火烧,又取东湖水来浇。

刀未就,又半宵,徒惹路人笑。

笑我痴梦人,坐船练习水上漂。

唉,刀投东湖水,石还珞珈腰。

离此遗梦地,氓流任逍遥!

十年如一日,旧梦似今朝。

酒醉梦不真,浪人孤寂寥。”

阿魁愣了一会儿,也摇摇晃晃地站了起来,迟迟说道:“照此看来,那人岂不是很凄惨。可不知他这三年、两载确指何意?‘十年如一日,旧梦似今朝。酒醉梦不真,浪人孤寂寥。’这几句却又像是后来所加,然而这十年却又是从何时算起?混得如此悲惨,竟然不忘饮酒,和我一样怕都是天涯沦落之人!”

“你有自己的才华,有丰富的学识,在某些项目领域已经能独当一面,怎么能叫天涯沦落之人?他则不同,学无所成,也无一技之长,工作方面高不成低不就,混到流浪街头,无奈之下持刀抢劫,却又被鳄鱼所伤,险些丢了性命,他才是所谓沦落天涯。”

阿魁无语,郝总神凝,不由再次想起肥熊。

夜已深,冷风劲,波涛滚滚,是谁在诉说深情?

……

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一、轻子(12种,轻子主要参与弱作用,带电轻子也参与电磁作用,不参与强作用):电子、正电子、μ子、反μ子、τ子、反τ子、电子中微子、反电子中微子、μ子中微子、反μ子中微子、τ子中微子、反τ子中微子。

二、夸克(36种)Quark,层子、亏子(6味×3色×正反粒子=36种):红上夸克、反红上夸克、绿上夸克、反绿上夸克、蓝上夸克、反蓝上夸克、红下夸克、反红下夸克、绿下夸克、反绿下夸克、蓝下夸克、反蓝下夸克、红粲夸克、反红粲夸克、绿粲夸克、反绿粲夸克、蓝粲夸克、反蓝粲夸克、红奇夸克、反红奇夸克、绿奇夸克、反绿奇夸克、蓝奇夸克、反蓝奇夸克、红顶夸克、反红顶夸克、绿顶夸克、反绿顶夸克、蓝顶夸克、反蓝顶夸克、红底夸克、反红底夸克、绿底夸克、反绿底夸克、蓝底夸克、反蓝底夸克。

三、规范玻色子(规范传播子)(14种):引力型-中性胶子(Ⅰ型开弦)上夸克-上夸克、引力型-中性胶子(Ⅰ型开弦)反上夸克-反上夸克、磁力型-中性胶子(Ⅰ型闭弦)(反)下夸克-(反)下夸克、磁力型-中性胶子(Ⅰ型闭弦)夸克-反夸克、阳电力型胶子上夸克-下夸克、阴电力型胶子上夸克-下夸克、阳电力型胶子反上夸克-反下夸克、阴电力型胶子反上夸克-反下夸克、光子(光量子)、引力子(还是一个假设)、W+玻色子、W-玻色子、Z玻色子、希格斯玻色子HiggsBoson。

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