◎點破反物質(zhì)武器幻象,◎解讀狄拉克密碼,◎科學釋疑通古斯大爆炸,◎從科幻到現(xiàn)實的反物質(zhì)認知之書。 大爆炸之初,能量在一片完美和諧之中轉(zhuǎn)化成物質(zhì)和反物質(zhì),而正負電子對撞機向我們展示了當時宇宙狀態(tài)的一瞥。……如果反物質(zhì)能夠被制造出來并保存到需要的時候,那么它確實有潛力成為能源造福于太空工業(yè),或者甚至作為摧毀軍隊的武器。……很多機構(gòu)正在努力研究這些可能性。本書將談及反物質(zhì)的故事,即:它是什么,它是如何被發(fā)現(xiàn)的,我們?nèi)绾沃圃焖鼤䦷砟男C遇又會引起哪些威脅。書中也會評估反物質(zhì)作為長途太空旅行燃料以及武器的諸多現(xiàn)實的可能性。-CN;mso-bidi-language:AR-SA;mso-bidi-font-weight:bold>,一位經(jīng)驗豐富的資深媒體人,也是一位優(yōu)秀的廣播文案獲獎撰稿人,還編寫和編輯過眾多出版物。
萬世之初,空無一物,“虛空的表面只有黑暗”。突然間發(fā)生了能量爆炸:“讓這里有光,于是就有了光”,雖然我不知道能量從何而來。
我只知道接下來發(fā)生的事情:能量凝聚成物質(zhì)以及它的神秘反面——反物質(zhì),達到一種完美的均衡。我們見慣了普通的物質(zhì),它們構(gòu)成空氣、巖石以及各種生物。但我們卻不那么了解物質(zhì)的忠實反面,它同物質(zhì)在所有方面都完全一致,只是其中原子內(nèi)部深處的一切都是相反的。這就是反物質(zhì)——物質(zhì)的對立面。
現(xiàn)在,反物質(zhì)并不是普遍存在的——至少在地球上是這樣——它在宇宙中莫名其妙地消失了。但是它的存在是毋庸置疑的,因為現(xiàn)代科學家已經(jīng)成功地制造出了少量的反物質(zhì)。
一旦反物質(zhì)與物質(zhì)相接觸,在電光火石之間就會相互湮滅,并且釋放出禁錮了數(shù)億年的所有能量。因此,反物質(zhì)被認為是新世紀的一項前沿技術(shù),可以作為一種完美的能源。當然,它這種可以消滅物質(zhì)于無形的潛力,更使得它可以作為一種具有巨大殺傷力的終極武器。
至少這種武器論在文學界和網(wǎng)絡上甚囂塵上,甚至美國空軍也持相似觀點。那么,反物質(zhì)真的是這樣嗎?
反物質(zhì):真實或者虛幻
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無堅不摧的力遇到堅不可摧的體——這是一種無限的概念:當兩個無限相比較時,哲學家們對這種悖論也十分惱火,只能說:“我的無限比你的無限更大”。然而,這里用來比較的東西是其他的物質(zhì),準確地說是所謂的反物質(zhì)?苹眯≌f作家對反物質(zhì)可謂青睞有加,認為它是一種真實存在,而其中的內(nèi)涵妙不可言。
反物質(zhì)是物質(zhì)的一種奇怪的顛倒影像,就像我們所說的半斤八兩,只是其中的左變成了右,而正變成了負。就像鑄件取出之后模具依然存在,反物質(zhì)和物質(zhì)就是實體的陰陽兩面。當海邊的孩童在堅固的沙灘上挖洞取沙,堆砌成美麗的沙堡,這個沙堡就象征著物質(zhì),而沙灘上留下的沙洞象征著反物質(zhì)。
假設,一個物質(zhì)存在突然遇到了反物質(zhì)的自己,它們的參數(shù)是完全互補的,最終會相互協(xié)調(diào)然后消亡。反物質(zhì)的魅力就在于,它會在一瞬間摧毀物質(zhì)。反物質(zhì)顧名思義,真的可以“反”物質(zhì)。
在80年前,反物質(zhì)理論被第一次提出。而在75年前,第一個反物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)了,那就是“正電子”。
值得慶幸的是,反物質(zhì)極其罕見,在現(xiàn)實中幾乎不存在,而微量的反物質(zhì)摧毀物質(zhì)時,反物質(zhì)本身也被摧毀了。所以我們今天還快樂地生活在這地球上。人們發(fā)現(xiàn)的首個反物質(zhì),只是摧毀了一個原子里的某個電子而已。我們所見的整個宇宙之中,通常存在的都是物質(zhì)而非反物質(zhì)。看起來,反物質(zhì)似乎在大爆炸初期就被消滅掉了。經(jīng)過長期的物質(zhì)與反物質(zhì)的湮滅之后,剩下的殘余部分才形成了今天的物質(zhì)宇宙。而湮滅的結(jié)果就是之后140億年中遍布宇宙的電磁輻射和“微波本底輻射”。壞女巫死了,物質(zhì)獲勝了;在物質(zhì)和反物質(zhì)這兩種勢均力敵的無限之中,物質(zhì)的無限更大。
但要是有些反物質(zhì)逃過一劫,在宇宙的某個角落里潛伏著,又恰恰被在宇宙中漫游的我們遇到了;抑或是宇宙射線鬼使神差地又形成了一些反物質(zhì):會發(fā)生什么事情呢?一輛卡車大小的反物質(zhì),其爆炸威力足以使整個世界動搖。如果真的發(fā)生了,反物質(zhì)就成了我父親那個問題的真實例子,但是還好它不會擴散,雖然我曾經(jīng)一度非常擔心它有這種能力。反物質(zhì)確實會摧毀物質(zhì),但代價是同時摧毀自己;就像癌細胞,殺死了宿主之后自己也會死亡。我們世界中任何物質(zhì)的湮滅,都會對應著相同量反物質(zhì)的消失。湮滅的結(jié)果可能是一束射線,也許是伽馬射線,從湮滅處以光速向外發(fā)射,而反物質(zhì)的威脅就此解除了。這就是為什么沒有反物質(zhì)存留——至少我們周圍沒有——的原因:所有的反物質(zhì)都被摧毀了,獲勝的是物質(zhì)一方。
所以反物質(zhì)并不是一個恐怖版本的“九號冰(ice-nine)”,這種冰來自庫特·馮尼古特(Kurt Vonnegut)的小說《貓的搖籃》(Cat’s Cradle),是一種水的形態(tài),它會將遇到的所有液體變成凝凍的固態(tài)。小說中它能夠首先作用于一個小水坑,接著是小溪、河流,最后將整個世界的海洋都凝凍成“一個巨大的果凍”。而反物質(zhì)的作用范圍是有限的。雖然如此,它會摧毀所接觸的任何物質(zhì),爆炸釋放出的能量遠超出我們現(xiàn)有的任何東西。
反物質(zhì)會撞上地球嗎
如果在宇宙的某個角落存在著反物質(zhì),那么你可能會想,某天它會不會撞上地球。如果在地球的40億年歷史中,曾經(jīng)有反物質(zhì)撞上過,那么所有的跡象都應該已經(jīng)消失了。隕石落下會有隕石坑,其中還能找到一些外星物質(zhì);但是反物質(zhì)不行,它會在一瞬間消失掉。
反物質(zhì)來襲的唯一證據(jù)只能是其發(fā)生的巨大爆炸,但最近的幾百萬年以來似乎沒有發(fā)現(xiàn)這種證據(jù)。然而,僅僅在一百多年前的1908年6月,發(fā)生了一件人類至今無法完全解釋的事情,其被反物質(zhì)愛好者們稱為是外星反物質(zhì)碰撞地球的最近的例子。
在莫斯科以東約1000英里處,北至北冰洋,南至蒙古,從烏拉爾到滿洲里,是一片廣袤的荒野之地,面積比整個西歐還大。這片遙遠大陸的心臟地帶是一條隱蔽的河谷——通古斯河,由通古斯人命名。
通古斯人是一個小族群,主要靠狩獵熊和鹿以及夏季放牧馴鹿為生。1908年6月30日,天空晴好,萬里無云。早上8時,農(nóng)民色梅洛夫正坐在他家的走廊上,突然天空中發(fā)生了一場巨大的爆炸。后來他告訴科學家,爆炸形成的火球光亮甚至蓋過了太陽,而且又是如此炙熱以至于他的衣服“幾乎要貼著皮膚燃燒起來”,還將他鄰居家的銀器熔化了。更異常的是,經(jīng)過科學家之后的調(diào)查,這次爆炸發(fā)生在距色梅洛夫約60公里之外。另一個農(nóng)民利奇說,有一個巨大的火球“摧毀了森林、馴鹿和所有其他動物”。當他和鄰居們跑去勘查時,發(fā)現(xiàn)馴鹿的一些肢體燒焦了,而其他部分居然完全不見了。
這個炫目的火球在幾秒鐘之間從東南部移動到了西北部。世界各處都探測到了其引發(fā)的震波,空氣中的壓力波傳遍了整個俄羅斯和歐洲。在700公里以外都能看到這次爆炸,其引起的煙塵彌漫在空中,甚至導致太陽光散射到地球的另一面。在約1/4個地球周長之外的倫敦,半夜的天空變得像傍晚一樣明亮,而白天則提前來臨了。如果這次爆炸發(fā)生在美國的芝加哥上空,其光亮可以傳播到田納西、賓夕法尼亞以及多倫多,而發(fā)出的聲音可以傳到東海岸,而向南可以傳到亞特蘭大,向西可以傳到落基山脈。直到兩個月后,一切才基本恢復正常。
外太空的某種東西撞上了大氣層。之前也發(fā)生過類似的事情,亞利桑那州的隕石坑可以證明這一點,它源自一塊巖石——準確的說是一顆小行星撞上了地球。然而,著名的通古斯事件卻不同,這種不同在其后數(shù)年被發(fā)掘出來。1927年,捷克斯洛伐克科學家?guī)炖锟藥ьI(lǐng)首個探險隊進入了這片區(qū)域。如果這是一個太陽系的隕石碰撞事件,那么地面上應該有一些隕石掉下的痕跡。但是,現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)任何隕石坑。他們發(fā)現(xiàn),爆炸點的下方是一片巨大的沼澤平原,就像是有1000臺推土機瞬間清理了上面的森林,形成了如同倫敦大小的一片平整的地基,而地基的周圍是一個環(huán)形的炭化的樹木群。在炭化群之外,樹木像火柴棍一樣地散開倒下,應該是被劇烈的颶風似的沖擊波刮倒了。該地的生命體完全被摧毀,之后約1/4個世紀一直沒能恢復。在此之后,人們曾將當?shù)氐耐寥劳诰蛄顺^30米深,但是沒有找到任何隕石,也沒有發(fā)現(xiàn)任何隕石落下來的證據(jù)。
那些當天撞上地球的東西,都在這薄薄的空氣層中消失了。1965年,由一位物理學家、一位化學家、一位地質(zhì)學家組成的三人小組檢查了所有的證據(jù),試圖一勞永逸地判定當時到底發(fā)生了什么。他們找到了幸存的一些樹木,其姿勢很好地顯示了當時沖擊波襲來的軌跡。他們通過這些推算出了風的強度;同時核證,使得能讓這些樹木燃燒所需要的能量也被計算出來。根據(jù)記錄,他們還發(fā)現(xiàn)地磁場被干擾了,而地震儀也記錄下了其引發(fā)的地震強度。
他們拿到了爆炸當時的閃光強度和持續(xù)時間的報告,并將其引入計算模型之中。通過推算,這次爆炸在數(shù)秒之內(nèi)釋放了約1000萬億焦耳的能量,和整個英國一小時消耗的能源量相當,幾乎等同于一次核爆炸。
當然,有人懷疑這次事件本身就是一次人為的核爆炸實驗,但在1908年時,很多眾所周知的核科學家還沒有出生呢。如果真的是物質(zhì)的內(nèi)核發(fā)生了爆炸,那么必須有一些自然的誘因才行。通過分析爆炸得到的初步證據(jù)以及爆炸區(qū)域物質(zhì)的神奇消失現(xiàn)象,和一種假設非常一致:罪魁禍首是一個反物質(zhì),其形態(tài)大約是1米見方的一塊反巖石,它摧毀了包括原子核在內(nèi)的一些東西。之后的內(nèi)容中,在我們知道了反物質(zhì)的一些性質(zhì)后,我會再次重新審視這些證據(jù)。
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