反物质:从科幻到现实

时间:2023-11-25 05:39:01

很多人之前可能从来没有听说过欧洲核子研究中心。一些人知道它是万维网的发源地,但是他们中少有人知道欧洲核子研究中心的主要工作,其实它是欧洲粒子物理实验中心。然而,随着丹·布朗的小说风靡全球,欧洲核子研究中心现在成了一个处于日内瓦的有名的反物质制造实验室。对于欧洲核子研究中心的这两个描述没有问题,但小说中其他大部分内容都是虚构的,这些虚构的情节在很大程度上误导了大众对反物质的理解。

布朗的小说中,开篇序言就使用了一个大大的标题“真相”。其中写道“反物质不会产生任何污染或者辐射……极不稳定,会烧毁任何它所接触到的东西……1克反物质所蕴含的能量就相当于一颗20000吨当量的原子弹。”之后就谈到美国空军的计划。文中将欧洲核子研究中心描述成创造出了“最近……第一个反物质粒子”,然后大幕揭开,开始讨论“这种高度敏感的东西会拯救世界还是……会被用于制造有史以来最危险的武器”。如果你看过之前的内容,对这些问题应该有自己的答案了。

这些“真相”不仅误导了大家,甚至根本就是无稽之谈,但是布朗小说的忠实读者们可不这么认为。正如我们所知,反粒子在80年前就被制造出来了;近10年来在欧洲核子研究中心上更是已经合成了少量的反氢原子;要将大量的反原子组合起来形成宏观可见的反物质块,即使不考虑如何储存,现在的技术也达不到,而且在可预见的将来仍然不能达到。但是,在过去的5年间,我每次作报告之后都会有人提问表示担心反物质武器。我估计这些谣言不可能消失,就像阿拉伯魔瓶中放出的妖怪不会再甘心回到魔瓶中一样,但我希望通过这一章的讲解使得人们知道这个问题已经不必再问了。

在《天使与恶魔》中,一位科学家报告给教皇一个“好消息”,他们在实验中制造出了反物质,可与当年的盘古开天辟地相媲美,而实际上反物质的发现已经有好几十年了。无论小说中或者实际上宇宙源于何物,它都与欧洲核子研究中心创造出来的物质不同。宇宙并非“无中生有……事实证明创世纪是一种科学上的可能”。 这最多是一种哄骗式神学,并不是科学。

大爆炸创造出了所有的能量、物质,以及我们所知的整个宇宙,包括其中的空间和时间。其中的奥妙我们还无法理解。 我们无法还原大爆炸这个神奇事件,但是我们可以研究之后发生的事情,这些事情最终形成了我们现在的宇宙。

大量的能量转化成了物质和反物质。能量是一种存在;它可以被度量——当你使用能量之后,能源公司就会找你收费。当你创造出一对物质和反物质时,所注入的能量等于二者湮灭时放出的能量。你不可能凭空得到物质。如果将这个过程倒过来,当物质遇到反物质,就会湮灭变成放射能。这些能量可是实实在在的,在《天使与恶魔》中爆炸产生的能量会用于摧毁梵蒂冈。为了证明反物质的威力,男主角被邀请参观欧洲核子研究中心的一个实验室,其中的反物质悬浮在一个真空瓶中,接着科学家操控使得反物质与物质相遇,演示了可产生的破坏力。

这时候,一些美国军方人士似乎将这种虚构的工作采纳成为了反物质的实际研究指南,而忽视了其中的诸多矛盾。该书的序言中将反物质描述为完美的能源,“不会产生任何污染或者辐射,一小滴就足够提供给纽约市一整天的能源”。只要不碰到物质,反物质也许不会放出辐射,但同时也就无法满足炸弹专家和电力公司的需求。要引爆这个“火爆”的家伙,你需要将它与物质发生湮灭,此时会以辐射的形式放出其蕴含的能量,比如γ射线。在描述实验室的演示时,也承认了辐射的存在,因为科学家要求男主角不要直视样品,并“遮住眼睛”。 实际上γ射线并不属于可见光范围,因此根本看不见,但它会导致严重的细胞损伤,所以其实更应该将身体的其他部位防护起来。

既然告诉了别人需要防护γ射线,又宣称“没有副产品,没有辐射,没有污染”, 这看来是多么可笑。美国空军对此却极有兴趣,一直推动着将反物质作为武器,宣称其“没有核残留”。媒体也报道称“在冷战期间,军方就梦想有一种‘洁净’的超级炸弹,而正电子炸弹朝这个终极梦想迈出了一大步”。 这并不是《天使与恶魔》中的原文,只是一些神秘的故事,写于2000年,在2004年发表时说得就像真的一样。

媒体报道中提到了正电子武器;而这种武器在《天使与恶魔》中是如何描述的呢?验证装置 是由正电子构成的;而后来的量产装置似乎是由反氢构成。

虽然对反氢的兴趣灵感来源于欧洲核子研究中心的反质子减速器(Antiproton Decelerator),但将反质子减速器描述成“一台高级的反物质生产装置,可以产生大量的反物质”,而实际上反质子减速器只能产生比低能反质子环还少量的反质子。反质子减速器可算反物质科学和反氢制造水平上的一个主要的里程碑,它十分精妙,但是如果想产生出工业级的反物质的量,反质子减速器的作用还微不足道。即使它变成可能,反物质科技可以“拯救地球” 这种观点也似是而非。不仅在第一步我们就要耗尽能量来产生反物质,而且正如之前所说的,很多能量都在这个过程中被浪费掉了。反粒子产生时速度接近光速,因此要驯服它们还需要更多的能量。制备和储存过程中很多反粒子遗失了,因此生产它们所耗费的能量也就永远流失了。

如果我们找到了大量的反物质,其中蕴含的能量来自于自然的馈赠,那么我们现在就可以使用它,现在的能源问题也许就能得到根本解决。但是,如果我们必须自己来制造反物质,那基本上就是在造一块电池,而其最终释放出的能量比起初输入的能量还低。非常抱歉,反物质并不是“拯救地球”的万应灵药。同时幸运的是,它也不是“最致命的武器”。