世界上最貴的物質是什麼呢?黃金?當然不是,黃金只是一種每克幾百元的金屬,比它貴的物質比比皆是,如鋦和鉳,它們的價格都可以達到每克100萬元以上,而一種人工合成的元素鉲,它的價格甚至達到了驚人的每克2億元,不過這些都不是世界上最貴的物質。
那什麼才是世界上最貴的物質呢?準確地說,世界上最貴的物質並不是物質,而是“反物質”。在歐洲核子中心14年的工作時間裡,一共只製造了10的-10次方克的反物質,按照裝置執行的消耗來計算,如果要製造一克反物質,那麼成本將會在上萬億美元之上,這個價值不是任何物質可以比擬的,所以反物質當之無愧是世界上最貴的“物質”。反物質是客觀存在的嗎?當然,我們容易將反物質與暗物質相混淆,但兩者並不是一回事,反物質並不僅僅是理論推算得出的,從第一個反物質的發現至今已有將近90個年頭了,而現在人類也已經具備了製造反物質的能力,雖然產量並不是很高。
最早發現反物質的人是美國科學家安德森,在1932年,安德森在利用實驗裝置“威爾遜雲室”觀測宇宙射線的時候,無意中發現了帶有正電的電子,安德森將其稱之為正電子,電子都是帶負電的,所以正電子就是電子的反粒子。
隨後,在1955年,義大利物理學家塞格雷和美國物理學家張伯倫又發現了反質子,僅1年之後,1956年,美國科學家考克就發現了反中子。在很多年以後,1995年,歐洲核子中心的瓦爾特帶領科研團隊製造出了反氫原子,至此,人類擁有了製造反物質的能力。
到底什麼是反物質呢?這還要從量子力學說起,在微觀世界中,粒子所處的位置只能用機率來進行描述,而描述這種機率的方程就被稱之為波函式方程,因是由薛定諤所提出的,因此也叫薛定諤方程。
薛定諤方程雖然很好,但其本質是非相對論形式的,所以在描述高速運動的粒子時就會出現問題,為了使這一問題得到解決,狄拉克對其進行了改良,以相對論形式進行了描述,這就是狄拉克方程。狄拉克方程很棒,但也引出了新的問題,就是在使用狄拉克方程求解的過程中,電子會出現負能級。這就與常識相悖了,電子有很多不同的能級,最低的能級為基態,其上可能有第一激發態、第二激發態等等,但哪裡來的負能級呢?狄拉克最終給出的解釋是:負能級帶有正電,因其已經被帶有負電的電子填滿了,所以電子就不能躍遷到負能級,所以我們也意識不到它的存在。這片由負能級和電子所組成的區域就是我們所說的“真空”。
當一個負能級上沒有電子的時候,它就帶有正電,此時它就是一個反物質,也就是我們所說的正電子。
此時如果我們拿一個電子給它,那麼它就會成為一個被填滿的負能級,也就是真空,並釋放出能量,而這個過程就是我們所說的正負電子的湮滅,正反物質相遇會發生湮滅並釋放出巨大的能量。現在我們知道了什麼是反物質,那麼研究反物質到底有什麼用呢?
目前比較成熟的對反物質的應用在於醫療檢查領域,有一種醫療檢查方法叫做PET,簡單來講就是向身體注入正電子,正電子會與我們體內的電子發生湮滅,並釋放出能量,而這股能量會產生強光,可以讓身體內的病變更容易被發現。在臨床上,PET一般與CT結合使用。
反物質雖然能夠應用於醫療,但其真正的價值並不在此。
質量是能量的一種表現形式,根據質能方程E=mc∧2可知,能量等於質量乘以光速的平方,光速為299792458m/s,所以光速的平方是個很大的數,因此只需要微小的質量就可以轉化為巨大的能量,這就是為什麼核反應可以透過裂變或聚變的方式產生巨大能量的原因。核能在我們看來已經很了不起了,但實際上核能只能夠把不足3%的質量轉化為能量,而正反物質的湮滅卻可以將100%的質量轉化為能量。
毫無疑問,以人類現有的認知,反物質就是終極能源。如果人類只是想在太陽系之內轉一轉,那麼核能勉強夠用了,但如果人類想要去探索宇宙深空,非反物質能源不可,因為只有反物質能源才有可能讓亞光速飛行成為現實。