談及未來能源,最有可能實(shí)現(xiàn)的能源獲取方式就是可控核聚變了。
核聚變簡單來講就是較輕的元素聚合成較重元素的過程,在這一過程中,參與反應(yīng)的元素會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損,而這些虧損的質(zhì)量則會(huì)以能量的形式被釋放出來。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可知,能量等于質(zhì)量乘以光速的平方,光速為每秒299792458米,所以光速的平方是一個(gè)極其巨大的數(shù)字,這也就意味著微小的質(zhì)量就可以轉(zhuǎn)化為極為巨大的能量。可見,如果能夠?qū)⒑司圩兊倪^程可控化,它將是一種非常強(qiáng)大的能源獲取方式。
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不過話又說回來了,可控核聚變雖然強(qiáng)大,卻并不是最強(qiáng)能源,還有什么樣的能源獲取方式比它更厲害呢?
其實(shí)有很多,比如能夠直接從太陽表面收集能量的“戴森球”就是一個(gè)。不過這種能源獲取方式依舊沒有脫離核聚變,因?yàn)樘柕墓夂蜔岜旧砭褪怯珊司圩儺a(chǎn)生的,它只是一個(gè)更加龐大的核聚變裝置罷了。核聚變雖然強(qiáng)大,但其實(shí)在這一過程中轉(zhuǎn)化為能量的質(zhì)量并不是很多,以氫核聚變?yōu)槔馁|(zhì)量虧損大概只占反應(yīng)總質(zhì)量的0.7%左右。
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現(xiàn)在問題應(yīng)該很明朗了,一種反應(yīng)所產(chǎn)生的質(zhì)量虧損比例越高,它所產(chǎn)生的能量就越大,而如果能夠?qū)⑺械馁|(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為能量,那無疑就是宇宙的終極能源了,而這種能源就是反物質(zhì)。
反物質(zhì)與暗物質(zhì)不同,它并不是一種假設(shè)或猜想,而是確實(shí)存在的,人類早在1932年就發(fā)現(xiàn)了反電子的存在,又在1955年和1956年分別制造出了反質(zhì)子和反中子,1995年的時(shí)候更是首次合成出了反氫原子。反物質(zhì)與物質(zhì)相遇會(huì)瞬間湮滅,所有質(zhì)量都會(huì)轉(zhuǎn)化為能量,能量獲取效率可謂極高。
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人類是怎么發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的呢?
一直以來科學(xué)界都面臨著一個(gè)難題,那就是如何描述極高速度運(yùn)動(dòng)的微觀粒子的行為,為了解決這個(gè)難題,1928年物理學(xué)家狄拉克提出了著名的狄拉克方程,這個(gè)方程可以在同時(shí)滿足量子力學(xué)和相對(duì)論要求的情況下對(duì)極高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子行為進(jìn)行描述。而在求解這個(gè)方程的時(shí)候,會(huì)出現(xiàn)一個(gè)特殊的解,這個(gè)解顯示有一種與電子相同,但電荷卻相反的微觀粒子存在。宇宙中真的有這樣的東西嗎?
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僅僅過了四年,1932年,物理學(xué)家安德森在利用帶有強(qiáng)磁場的云室研究宇宙射線的過程中,觀測到了一種與電子質(zhì)量相當(dāng),但帶正電荷的粒子軌跡。
我們都知道電子是帶有負(fù)電的,所以帶正電的粒子就是電子的反物質(zhì),也就是正電子。安德森的發(fā)現(xiàn)最終證實(shí)了狄拉克的預(yù)言。既然存在反電子,自然也就存在其它的反物質(zhì),于是人類開始了有關(guān)反物質(zhì)的研究,并最終實(shí)現(xiàn)了人工合成反物質(zhì)。既然已經(jīng)有了反物質(zhì),為什么不將其利用起來呢?
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制造反物質(zhì)的過程是非常困難的,需要在粒子加速器中將普通粒子加速到接近光速,然后讓它撞擊目標(biāo)靶。
在猛烈的撞擊中,能量會(huì)在極小空間內(nèi)集中釋放,在高溫高壓之下,一部分能量就有可能轉(zhuǎn)化為等量的粒子與反粒子。目前人類雖然已經(jīng)合成出了反物質(zhì),但總量十分有限,也就10納克左右。而且反物質(zhì)不僅制造難度高,儲(chǔ)存難度也很高,因?yàn)榉次镔|(zhì)與物質(zhì)相遇會(huì)發(fā)生湮滅,所以不能讓它與任何物質(zhì)相接觸,只能使用電磁約束將其束縛在超高真空環(huán)境中,但依舊難以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間儲(chǔ)存。
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