反物质引擎是什么

各位同学大家好，我是利用多老师，最近呢，科学家们准备开始着手验证所谓的镜像宇宙，有小朋友呢，就问我说，他经常看科幻电影，里面有什么反物质武器啊，什么反物质空间呢？还有飞船以曲率飞行啊，他就想问我说这个反物质到底是什么？今天呢，就现在给大家介绍一下反物质的这个含义。 为了介绍反物质啊，我们首先得从一个人，就是迪拉克说起。一个著名的英国物理学家保罗迪拉克，那迪拉克呢，他提出了第一种反物质的概念，迪拉克反粒子啊，我们来说一说，到底是什么意思。 首先呢，在一九二九年的时候啊，迪拉克提出了一个著名的方程，就是迪拉克方程，这迪拉克方程是干嘛用的呢？我们简单的介绍一下。首先我们知道呢，一九零五年的时候，爱因斯坦 就提出了这个侠义相对论，侠义相对论呢，就是说这个空间和时间它是相互联系的。我们举一个简单的例子啊，比如说有一辆汽车，这辆汽车呢，正在以速度为零，在地面上奔跑， 而这有一个人呢，他在车上，他相对于车有一个速度叫 v 一啊，注意，车相对于地面速度是 v 零，人相对于车速度是 v 一。那我问人相对于地面的速度是多少，人对地的速度是多少啊？我想问这个问题， 人对地的速度要分两种情况，第一种情况就是如果是非相对论情况的非相对论情况， 那就很简单了，人相对于地面的速度 v， 人应该等于 v 一加 v 零，直接叠加，对吧？如果车相对于地面是光速 c， 人相对于车也是光速 c 的话，那人相对于地面就是二倍光速，对吧？这就是 非相对论情况。像这样的变换，我们称之为伽利略变换形式啊，就是伽利略就提出了这样的一种变换，伽利略变换，那么如果是相对论，情况又如何呢？ 如果是相对顿情况，我们知道物体的速度是不能超过光速的，他有一个新的变换公式，这个公式就是人相对于地面的速度等于 v 一加 v 零，再除以一加上 v 一， v 零除以 c 方，就会变成这个样子 啊，这就是相对论的情况，而这种变换我们就称之为洛伦兹变换。洛伦兹变换 我们可以研究一下啊，如果 v 零和 v 一都远远小于光速 c 的话，那这个分母基本上就是一了，所以这样一来呢，他这俩公式就完全一样了。但是呢，如果说 v 一和 v 零比较接近于光速 c 的话，那这两个公式就不一样。而且你从第二公式也能看得出来， 不管 v 一和 v 零是什么数，只要不超过光速，最后的计算结果也不会超过光速啊，所以人就算在一个光速的汽车上奔跑，人的速度也不会超过光速的啊，这个呢，就是相对论的变化，洛伦兹变换，那迪拉克方程说的到底是什么呢？这就涉及到一个量子力学的基本方程了。 我们知道啊，量子力学中啊，有一个重要的概念就是波函数，他描述粒子位置在什么地方的概率。量子力学的波函数方程是由薛定鄂提出来的，叫做薛定鄂方程，薛定鄂方程， 而薛定鄂方程它是为了适应量子力学提出的，所以它是一个什么形式？它是一个非相对论形式啊，是非相对论的，但是有人说呢，那你这个量子的这个物体啊，跑的都非常快，你比如说一个电子，它跑的速度非常快，非常接近于光速，你用非相对论形式不合适啊，你应该把它改成相对论形， 对不对？谁完成了这个工作就是迪拉克，那迪拉克他所完成的就是把这个量子力学的薛定鳄方程进行了相对论化， 用洛文词变换对他进行了处理。这样一来，这个迪拉克方程就既满足量子力学，又满足相对论了啊，满足了二十世纪的最伟大的两个贡献，对吧？所以你可见这迪拉克方程有多么的重要啊。这个方程比较复杂，我简单的把它写一下， 写完了啊，大家看这个方程非常复杂，咱们也不用把它记住啊，大概的意思就是说呢，我想知道这个拨函数普赛 到底要满足一个什么规律，他就给了你这么一个规律，而且这个规律呢，跟薛定的方程还有的不一样，薛定的方程是非相对论的，他是满足相对论的，所以他比薛定的方程更加的严格，对吧？所以人们就觉得啊，这个方程真是太好了。但是还没等人们开心多长时间呢，紧跟着人们就发现了这个方程的 一个问题，这个方程啊，有一个非常严重的反直觉的问题。什么问题呢？就是你根据这个方程去求解的话，你会发现呢，这个能级电子的能级啊，是存在负能级的，他会存在电子的负能级， 就是你这个方程一解，你就会解出来，电子不光有正能级，还有负能级，这个是人们是无法接受的，所谓负能级是什么呢？我们知道电子有很多的能级啊，比如说这个叫基泰 啊，这叫 n 等于一叫基泰，这个 n 等于二叫第一激发泰， n 等于三叫第二激发泰。电子可以出于基泰，也可以出于第一激发泰，也可以出于第二激发泰。但是根据迪拉克方程呢，他不仅有这个，他 还有什么？他还有比这个基态能量更低的状态，就是负的能级啊，这个叫 n 等于负一这个能级， n 等于负二这个能级，是吧？他会有负能级， 这个人们就无法理解了，因为电子的最低能级就在这，你如果再往下走的话，负能级在哪啊？你得给我找出来啊，对不对？为了解释这个问题啊，迪拉克提出了一种观点啊，这种观点是什么呢？他就说啊，这个负能级吧，的确是存在的，但是你平时为什么没看见呢？是因为啊，负能级上面有电子，把它填满了， 把它填满了其实是一对啊，根据刨地不相容原理，每一个能级上可以存在一对电子，那你在这个地方填了一对电子之后，他就已经满了，其他电子就不能在这个地方呆着了。负能级非常非常多，但是电子也非常非常多，把它都填满了，于是给他起了个名字，叫什么呢？叫迪拉克海 啊，迪拉克海，迪拉克海啊，就是很深很深的海洋，里面全都是水，都填满了，所以呢，你就掉不下去了，就这么个意思啊。然后人家就问，那迪拉克 海在什么位置啊？迪拉克就说迪拉克海啊，在生活中遍地都是，就是我们所谓的真空， 真空就是迪拉克海啊。按照迪拉克的观点，迪拉克海分为两个部分，一个部分是什么？一个部分是赋能级，一个部分是赋能级。一个部分是什么？是添在赋能级上的电子 啊，电子带什么电？带负电，那整体真空带什么电？真空肯定不带电，所以负能极带什么电？他说负能极啊，就带正电，哎，这就是所谓负能极的概念，带正电 啊，你说你这个负能机填满了电子是吧？所以电子不能往下掉。但是如果我们外界入设一个电磁波呢？那这个电子有可能会吸收电磁波跑到高能机去。换句话说，如果我给你能量的话，那这个电子有可能会飞掉。咱们想一想，如果， 如果电子飞掉了，会有什么结果？那真空中可就只剩下负能及了。真空中只剩下负能及，而且他带正电，那这个玩意到底是什么？我们观测到没有，迪拉克最开始的想法是不对的，他最开始认为吧，这个玩意就是质子啊，就说你质子就是带正电的吗？对不对？但是有很多科学家，包括袍力啊，这个， 这个，这个海参堡啊等等一些人，他们能够计算都发现，说这个赋能级就是质子，这个说法是不对的，赋能级的质量应该和电子是完全一样的才对啊。于是呢，啊，在一九三一年的时候啊，我就写不下，写到这吧。 在一九三一年的时候，迪拉克呢承认了这种观点。迪拉克就说，好吧，我承认赋能级，他不是电子，那我给赋能级起个名字叫反电子，反电子，反电子这个东西啊，它的质量是等于电子质量的质量，是等于电子电质量，但是呢，它的电量 不是电子的电量，而是什么呢？而是与电子电量等大，但是反号的正电盒啊。这就是迪拉克最早提出来的反例子，也就是反电子啊，就是跟电子反号，他之所以要跟电子反号，是因为他从方程上解出来，他是有一个赋能级的，这赋能级没法解释。 好，我们把刚才说的这个说法再总结一下。刚才我们说的意思就是说呀，他认为真空是分为两个部分的，所以如果在真空环境下，我们加上电磁波辐射就是能量，他就可以变成什么呢？电子和反电子， 他就可以变成电子和反电子。而且呢，反电子带正电，电子带负电。但是反过来讲，假如这地方有一个负能机，他是空着的，没有电子，那电子是不是还可以跃迁回来啊？电子跃迁回来是不是就要发射电磁波呀？那在这个过程中又把能量射 放回去的，所以这个过程是可逆的，就是电子和反电子他可以合起来，变成真空和能量。真空我们就不管了，就是电子和反电子合起来，他可以放出能量。这个过程叫什么？就叫正负电子的 烟灭，烟灭啊，烟灭了之后，电子和反电子一起消失了，变成真空了，但是能量却释放出来了。

以下为个人观点，仅供参考。近期播出了三体电视剧第一部，也为我们慢慢的揭开了三体人的面纱。书中没有概念的内容通过影像给我们展示了很多神奇的画面，其中就有三体人第一批战舰的信息。 三体人的第一批飞向地球的战舰以光速百分之十的速度飞行，也为我们解释了为什么四光年的距离本来仅需四十年的时间就能到达，为什么需要四百年。 百分之十光速是三体战舰的最高速度，他们需要经过漫长时间的加速才能达到百分之十光速， 并且维持百分之十光速的时间很短，又需要经过漫长的时间减速。太空飞行和在地面开车可不一样，并不能说刹车就刹车，全程的距离和时间算下来，平均速度只有光速的百分之一，所以需要四百年时间。在宇宙中航行四百年的时间除了吃喝以外，最大的难题就是燃料， 燃料的需求量可比其他物质大得多。三体战舰加速慢的原因还有一点，他们航行的同时需要收集宇宙中的反物质。三体人舰队的发动机引擎就是反物质引擎，是将反质子和质子湮灭释放的能量转化为飞船动力的。因为宇宙空间中的密度太小， 收集反物质非常慢，所以飞船的动力也受到了限制。为什么他们使用反物质湮灭作为能量源，而不使用核聚变作为能量呢？核聚变的能量对于现在的我们来说非常庞大，但如果和正反物质湮灭所释放的能量相比，就显得微不足道了， 比如四个偏原子巨变成汉四，释放能量所消耗的质量只占总质量百分之零点七二，但这百分之零点七二所释放能量都已经相当可怕了。但反物质更可怕，如果一个正质子和一个反质子相遇，就会湮灭，而湮灭的质量几乎达到百 分之一百。也就是说，释放能量的质量为百分之一百，一个是百分之零点七二，一个是百分之一百。同样，质量参与能量释放的情况下，两者相差一百三十九倍。但反物质引擎有一个很大限制，那就是反物质的收集。 目前人类已经可以通过高能粒子对撞生产反物质，但代价太大了。制造一颗反物质需要的时间和金钱能够让全球都过上原始部落的生活。太空中也有反物质， 但太空中的反物质不能长期存在，几乎都是出现的一瞬间就马上参与反应，直接湮灭。反物质引擎在未来是否会出现还是未知数，但我相信，既然有这个理论存在，现实总有一天会实现的。

根据当前的物理学知识，正粒子和反粒子的性质是完全对称的，如果这样的话，在宇宙大巴扎的早期，正反粒子的物质的量是一样多的。 那如果宇宙一直这样演化，最后所有的正常物质就会完全湮灭掉，形成一团光。幸运的是呢，有一个什么神秘的机制， 让早期宇宙的正物质比反物质多了一点点，就是这多出了一点点正物质最后存活了下来，没有被湮灭掉，形成了我们当今的物质世界，最终在其中产生了我们人类的文明。 是什么原因造成的宇宙中增产物质数量的差别呢？你要回答这个重要的问题，一个重要的手段就是我们在实验室中造出来这个反物质，然后研究他的性情。 在当今正物质主导的世界中，反物质非常罕见，因为它非常容易和周围的物质发生相互湮灭， 这就导致测量比较困难。而由反重子进一步组合形成反超核和反原子核，这将会更加困难。一九二八年，迪拉克在他的迪拉克方程里面发现了有一个负能量的解。又过了两三年， 科学家们逐渐意识到，这就是意味着一种新的例子，他的质量跟普通的电子一样，但是他的电荷是跟电子相反的，也就是所谓的真电子。 在对撞中，我们产生一个温度非常高，密度非常大的火球， 火球中包含了几乎等量的正物质和反物质，火球急速膨胀并且冷却， 使得一部分反物质还未来得及与正物质湮灭，就飞出了火球，飞进了探测器，从而允许被我们探测到反超心思呢？其中包含一个反蓝门的超子，只会在探测器中 中飞行几个厘米，就会发生衰变。这次实验中，我们分析了大约六十六亿个重离子碰撞事件，通过重建算法找到了大约十六个反超近四的信号。打个比方来说，相当于我们在全世界的人口中找到了十几个我们想看到的人。