青少年科普知识枕边书:航天知识全知道-神秘的“反物质”飞船
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    科幻小说中,大多数自主型恒星飞船使用反物质做燃料,原因是反物质是最具潜力的燃料。现在,科学家们正致力于研究开发反物质,也许未来人类真的可以借助科幻小说里描述的能源遨游太空。

    什么是反物质,它为什么可以为航天器提供动力呢?我们知道,世上万物都是由质子、中子和电子所组成的,这些粒子因而被称为基本粒子。1928年,英国青年物理学家狄拉克首次从理论上论证了一种特殊粒子的存在,他认为这种粒子除了电性和电子相反外,一切性质和电子相同。四年后,狄拉克所预言的粒子被一名美国科学家找到了,这种粒子的质量和带电量同电子一样,只是它带的是正电,而电子带的是负电。因此,人们称它为正电子。

    正电子的发现引起了科学界的震惊和轰动。它是偶然的还是具有普遍性?如果具有普遍性,那么其他粒子是不是都具有反粒子?于是,科学家们在探索微观世界的研究中又增加了一个寻找的目标。1955年,美国物理学家西格雷等人用人工的方法获得了反质子。后来,又发现了反中子。几年后,基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。科学家们把由反质子、反中子和反电子结合形成的反原子构成的物质称为“反物质”。

    反物质一旦同组成我们世界的“正物质”接触,便会产生“湮灭”现象,在瞬间释放巨大能量,并且不会像核弹那样产生放射线污染,所以被认为是一种最理想的清洁能源。据计算,1克反物质产生的能量,就足以为23架航天飞机提供动力。所以反物质的应用,很早就已为宇航专家们所关注,他们希望从根本上改变未来太空飞船的能源供应模式。

    以前的反物质太空船设计使用反质子,后来科学家发现,反质子在湮灭时会产生危害性的高能伽马射线,而正电子产生的伽马射线能量比反质子低400倍,所以使用正电子为飞船提供动力成为科学家们的首选。按照现在的宇航技术,要想把人类送上火星,需要成千上万吨的化学燃料,但是如果以正电子为燃料的话,仅仅几十毫克就能帮助人类实现登上火星的梦想,而且只需要6周时间。

    但是,在太空中,宇宙射线中高速粒子可以通过相互碰撞产生反物质。而在地球上,科学家们需要通过粒子加速器来生产反物质,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,每生产10毫克正电子就要耗资约2.5亿美元。此外,如何储存正电子也是个大问题,因为它们会吞食正常物质,而现在人类还没有生产出由反物质制成的容器,所以只能将其存放在电磁场内。

    相信随着科学技术的不断发展和科学研究的不断深入,人们对反物质作用的认识一定会越来越深入,反物质必将为人类做出应有的贡献。

    知识链接

    “反物质说”虽然现在还是科学上的一种假说,但反粒子等“负性物质”是确实存在的。1979年,美国科学家在35公里高空发现了28个反质子。这是在地球以外第一次发现的反物质。现在,组成物质的12种基本粒子的反粒子都已经被科学家在加速器中找到,而且还发现了反氘、反氢、反氦等一系列反物质。

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