电竞比分网-中国电竞赛事及体育赛事平台

分享

反物質(zhì)比想象中的多!香蕉上的鉀,平均每天會(huì)產(chǎn)生19顆“正電子”

 Henrytvv19qznk 2022-08-28 發(fā)布于江蘇

在可觀測(cè)的宇宙中,質(zhì)子、中子、電子是組成物質(zhì)的3大粒子(再拆解的話還有夸克、輕子,本篇不討論);以帶電性來說,質(zhì)子帶正電,電子帶負(fù)電,而中子不帶電。而相對(duì)于物質(zhì),另一種叫“反物質(zhì)”,帶電性和物質(zhì)完全相反:反質(zhì)子帶負(fù)電,而正電子帶正電。當(dāng)反物質(zhì)與物質(zhì)接觸,兩者就會(huì)消失;而消失的質(zhì)量就會(huì)遵守愛因斯坦的質(zhì)能互換公式E = mc^2化為能量。

文章圖片1

在日常生活中,物質(zhì)占絕大多數(shù),因此反物質(zhì)會(huì)給人一種神秘、遙遠(yuǎn)的感覺。但反物質(zhì)不是在遙遠(yuǎn)宇宙的另一端才有,地球上也經(jīng)常見,只不過量實(shí)在太稀少了,所以我們感覺不到。

其中一個(gè)有反物質(zhì)的東西就是“香蕉”。

一根香蕉平均每天會(huì)產(chǎn)生19顆正電子

根據(jù)科學(xué)家的觀察,一根香蕉平均每75分鐘會(huì)產(chǎn)生一顆正電子,一天就會(huì)產(chǎn)生19顆正電子,因?yàn)橄憬逗形⒘康拟?0,它們進(jìn)行β+ 衰變的時(shí)候就會(huì)釋放出正電子。除了香蕉,其他含有鉀的食物也會(huì)有鉀40,因此它們也會(huì)產(chǎn)生正電子。

只不過這些正電子出現(xiàn)之后,就會(huì)跟其他電子交互作用而“消失”,所以人類無法保存它們。而它們消失之后,損失的質(zhì)量就會(huì)根據(jù)E = mc^2轉(zhuǎn)成能量,這也是核彈爆炸、恒星發(fā)光的原理;但香蕉產(chǎn)生的正電子相當(dāng)稀少,因此產(chǎn)生的能量非常低,我們也不會(huì)一直在日常生活中經(jīng)歷“核爆”。

除了香蕉,醫(yī)學(xué)上用來檢測(cè)癌癥的“正子斷層造影”(PET)也是使用反物質(zhì)的原理。儀器產(chǎn)生正電子,正電子跟人體的物質(zhì)接觸而消失,產(chǎn)生伽馬射線,醫(yī)生就通過這些伽馬射線,審查病患的身體狀況。

地球的磁場(chǎng)也會(huì)捕捉宇宙的反物質(zhì),科學(xué)家曾經(jīng)在范艾倫帶發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子。

科學(xué)家在80年前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)

人類史上最先“算出”反物質(zhì)的科學(xué)家是狄拉克。1928年,他在計(jì)算量子力學(xué)的方程式時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)解,如同x^2 = 4會(huì)有2和 -2兩個(gè)解,其中一個(gè)解就是宇宙常見的“物質(zhì)”。但狄拉克沒有排除另一個(gè)解,保留“反物質(zhì)”存在的可能性。

1932年,美國(guó)物理學(xué)家Carl Anderson在云室里拍到正電子的照片,證實(shí)了反物質(zhì)的存在。

雖然科學(xué)家80年前就發(fā)現(xiàn)反物質(zhì),它們當(dāng)?shù)厍蛏弦步?jīng)常見,但數(shù)量稀少,而且與物質(zhì)接觸之后就會(huì)消失,直到2010年,科學(xué)家才成功捕捉到反物質(zhì)。

生產(chǎn)反物質(zhì)超貴,保存反物質(zhì)更是天價(jià)

在瑞士日內(nèi)瓦,有個(gè)專門制造反氫(氫的反物質(zhì))的工廠??茖W(xué)家使用質(zhì)子同步加速器,把質(zhì)子加到一定速度后與金屬相撞產(chǎn)生反質(zhì)子,接著再用磁場(chǎng)過濾出反質(zhì)子,并將它們減速;最后,讓減速后的反質(zhì)子與正電子結(jié)合,產(chǎn)生反氫。

制造反物質(zhì)需要大量經(jīng)費(fèi)。根據(jù)NASA在1999年的估算,制造一克的反物質(zhì),需要耗費(fèi)6.25 x 10^13美元的成本,也就是62.5萬億美元,而臺(tái)灣的GDP每年也才17.8萬億。也就是說,制造一克的反物質(zhì),需要臺(tái)灣超過100年的GDP才辦的到。

制造反物質(zhì)是極端高價(jià),而存儲(chǔ)反物質(zhì)更是天價(jià),還要消耗大量的電力。對(duì)于帶電的反物質(zhì)(反質(zhì)子、正電子),科學(xué)家可以用磁場(chǎng)保存它們;對(duì)于不帶電的反物質(zhì)(反氫),科學(xué)家則用Ioffe-Pritchard陷阱保存。根據(jù)科學(xué)家在2015年的計(jì)算,存儲(chǔ)1克的反物質(zhì)需要2.5 x 10^16 KWh的能量,若根據(jù)臺(tái)灣在2018年的總發(fā)電量273,601 GWh來推算的話,那需要10萬個(gè)臺(tái)灣同時(shí)發(fā)電,才可以存儲(chǔ)1克的反物質(zhì)。

歐洲核子研究組織(CERN)在2018年表示,成功在6K(攝氏零下267度)的真空中,存儲(chǔ)了幾顆反質(zhì)子1年,并聲稱這些反質(zhì)子是“宇宙中最長(zhǎng)壽的反物質(zhì)”。

反物質(zhì)當(dāng)?shù)厍蛏喜⒉幌∮?,科學(xué)上也可以人工生產(chǎn),但生產(chǎn)、保存反物質(zhì)都需要大量的經(jīng)費(fèi)和能源?;蛟S一些人會(huì)覺得,與其花這些錢研究反物質(zhì),還不如把它用在更實(shí)際的地方,但將經(jīng)費(fèi)投資在基礎(chǔ)科學(xué)研究,不僅培養(yǎng)國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)力,還能帶動(dòng)科技的發(fā)展;從精神層面上來看,則讓人類更了解宇宙的結(jié)構(gòu),滿足人類求知欲,也教導(dǎo)人類謙卑,畢竟在宇宙中,人類真的很微小,懂的東西實(shí)在是太少了。

    本站是提供個(gè)人知識(shí)管理的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間,所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布,不代表本站觀點(diǎn)。請(qǐng)注意甄別內(nèi)容中的聯(lián)系方式、誘導(dǎo)購(gòu)買等信息,謹(jǐn)防詐騙。如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容,請(qǐng)點(diǎn)擊一鍵舉報(bào)。
    轉(zhuǎn)藏 分享 獻(xiàn)花(0

    0條評(píng)論

    發(fā)表

    請(qǐng)遵守用戶 評(píng)論公約

    類似文章 更多