《反物质》书评

遥不可及的武器或能源

美国作家丹•布朗（Dan Brown）在畅销小说《天使与魔鬼》里，把反物质描述成一种威力极其强大的武器，一点点的反物质就可以把整个梵蒂冈城炸得灰飞烟灭。反物质到底是什么，它为什么有如此可怕的力量呢？英国物理学家弗兰克•克洛斯（Frank Close）在其科普作品《反物质》里给出了答案。反物质由反粒子构成，它是物质的对立面，它同物质的所有方面都完全一致，只是其中原子内部深处的一切都是相反的。当反物质和物质接触时，它们会在一瞬间互相湮灭并释放出巨大的能量。只需1/2克的反物质与物质进行湮灭，释放出来的能量就可以达到广岛原子弹一样的威力，因此发现反物质之后，科学家和军事家一直研究能不能把反物质应用在航天和军事上。科幻小说《星际迷航》里的超级飞船就是用反物质作为能源的。然而，很多人害怕，如果我们拥有生产大量反物质的能力，万一被用来制造反物质武器，是不是就像把瓶中的魔鬼放出来那样，造成无法挽回的后果？要想知道这个令人恐惧的可能性是否存在，我们首先要了解反物质的特性。1932年，美国加州理工学院的卡尔•安德森（Carl Anderson）在保罗•狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac）理论的基础上，发现了正电子——一种带正电的“反”版本电子。它的质量与电子相同，只是所带电荷与电子相反，为正电荷。从此，人类拉开了反物质研究的帷幕。反物质与物质接触而湮灭时会放出禁锢在内的巨大能量，并留下光子这种既非物质又非反物质的东西；反过来，在适当的条件下，光子也会变成一对物质和反物质。科学家相信，宇宙大爆炸之初产生了很多物质和反物质。然而，为什么最后留下来组成我们这个宇宙的只有物质呢？如果物质和反物质是等量产生的，湮灭之后应该什么也不留下来才对啊。他们初步怀疑问题出在中微子上。中微子“与电子类似，可算电子的电中性姐妹”，它的质量几乎为零，不带电，没有内部结构，以接近光速的速度在宇宙中穿行，可自由穿过所有星球，几乎不与任何物质发生作用，号称宇宙间的“隐身人”。美国诗人约翰•厄普代克（John Updike）作了一首关于中微子的诗《宇宙瑕疵》，很形象地描绘出它的特点。中微子，它们非常小。它们无电荷无质量，全然没有相互作用。地球对它们只是一个糊涂的球，它们穿球而过，像尘埃少女穿堂而过，亦如光子通过一片玻璃。它们傲视最精美的气体，忽视最坚实的墙，轻视钢和坚固的黄铜，蔑视马厩中的牡马，藐视种类的障碍，渗透你也渗透我！像巨大又锋利的铡刀，它们铡过我们的头进入地表。晚上，它们进入尼泊尔，从床的下边戳穿情人和他的情侣——你称它奇妙，我称它冷酷。宇宙现存中微子的质量极其微小，一个中微子的质量是一个电子的1/10000。然而，一些科学家推测，在宇宙大爆炸之初，还有一种重质中微子——马约量子跟其它物质一起被创造出来。马约量子会衰变成一个中微子或反中微子，然而，“它的衰亡生成了不等量的中微子和反中微子；在随后的混乱中，中微子和反中微子形成的不对称混合物撞击了各种粒子和反粒子，导致出现的夸克数目超过了反夸克”。夸克和反夸克湮灭，剩下夸克形成我们今天看到的由物质主宰的宇宙。由此，科学家相信，所有的反物质都在约140亿年前消失了。而1908年在莫斯科以东的通古斯河附近发生的疑似反物质撞击地球的例子——通古斯爆炸，最后被科学家证实并非反物质来访地球，而更像是“一颗彗星撞上了大气层，并在远离地表的上空熔化爆炸了”。尽管现在的宇宙中不存在天然反物质，科学家们还是在实验室里陆续发现了除正电子之外的其它反物质。他们于1955年和1956年分别发现了反质子和反中子，并于1995年制造出反氢原子。然而，人类想要把反物质作为武器或能源还是存在很大的困难，主要是反物质的大量生产和储存问题。要生产1克反质子，需要大约1024个粒子，而生产1克正电子，则需要约2*1027个粒子，以我们现在的生产效果，生产1克反物质需要1000万年的时间。此外，储存大块的反物质也是一个难以解决的难题。由于反物质和物质一接触就会互相湮灭，因此储存反物质的容器只能使用由电场和磁场构成的真空容器。如果储存的是正电子或反质子这类带电的反物质，由于带同种电荷的粒子间会互相排斥，当储存的反物质数量足够多时，产生的巨大斥力会使我们很难将它们束缚在电磁场容器内。如果储存的是反氢原子这种不带电荷的反物质，由于电磁场容器只能束缚住带电物质，对反氢原子是完全没有禁锢作用的。因此，以我们现在的科学技术，不管是生产大块反物质，还是储存它们，用来作为超级武器或者能源，都是一个遥不可及的梦。作者在书中还作了一个很有趣的思想实验：假如我们旅行到一个遥远的星球，你不知道这个星球是由物质还是反物质构成，那么你应该怎样跟这个星球的外星人进行交流，以确定你登陆这个星球时不会造成“人星两毁”的悲剧呢？这主要通过电中性的K介子（K0）来识别。K0的质量比质子或反质子的一半略大，衰变时会产生一个既非正电亦非负电的介子，同时还有一个单独的电子或者正电子。长寿命配对的K0在衰变过程中放出正电子的概率略大于负电子：每统计2000个事例，平均有1003个发射正电子，997个发射负电子；相反，反K0衰变时放出电子的概率较大。要确定外星人是不是反外星人，只要跟他确定这个星球上的K0衰变时放出哪种电子的概率较大：如果是正电子，我们就可以放心降落在这个星球上；如果是电子，我们最好赶快离开，切记临走时千万不要和反外星人握手！

反物质

下午在省图乱翻到这本书，粗略一看觉得写的还不是很枯燥，于是就坐下来慢慢读。真的是慢~慢~读~因为好多专业术语我完全都不知道讲的是啥，一边看一边百度，看了三个多小时才翻了一半儿，大概七十多页，期间还瞌睡了两回