基本介紹
- 中文名：反物質彈
- 外文名：Antimatter bomb
- 屬性：武器
- 能量：反物質
- 研究國家：中國 美國 俄羅斯等
反物質,武器,製造難點,難關,最新進展,能量發生器,物理基礎,創新思維,任意調節,光明前景,
反物質
所謂反物質即與物質的粒子類似，帶有相反電性的物質粒子。每一種基本粒子都有其對應的反粒子。當基本粒子與其反粒子相遇時，會同時湮滅
受到通古斯大爆炸等三大“世紀之謎”的啟發，科學界在1986年開始提出三次大爆炸可能是反物質發揮作用的結論。1997年，科學家宣布發現了“銀心反物質噴泉”，使科學家們尋找反物質的熱情再次高漲起來。其實，反物質與普通物質並無兩樣，所不同的是，組成反物質的粒子與組成人們所熟知的一般物質電荷相反。早在1928年，著名的物理學家狄拉克通過數學計算，提出了一項大膽預測：在宇宙中，存在著一種新的粒子，這種粒子除帶正電荷之外，所有性質都與電子相同，即帶有正電荷而質量與壽命都與電子相等的粒子(反電子)，即狄拉克反物質假說。1932年，美國科學家安德森驗證了狄拉克的預測。他在分析研究宇宙射線中發現了這種粒子，它的質量和帶電量同電子一樣，只是它帶的是正電，是電子的反粒子，被稱作正電子，而電子帶的是負電。1955年，在美國貝克利的質子加速器中反質子和反中子相繼被找到。60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被物理學家們找到。一個反物質的世界漸漸被科學家像考古般地"挖掘"了出來。1996年1月，歐洲粒子中心的科學家們利用粒子對撞機使高速的氙原子與反質子相撞，獲得了9個反氫原子，雖然這些反氫原子在億分之三秒後就分散成為反質子和反電子，但標誌著人類已經能夠製造出反物質了。反物質的原子核是由反質子和反中子構成的"負核"，外有正電子環繞。由反粒子構成的物質叫反物質。許多物理學家認為反粒子是由原來粒子的內部結構被“鏡面倒轉”以後得到的。正如，當你照鏡子時，鏡中的那個你如果真的存在，並出現在你面前，那么鏡中那個你就叫做“反你”。許多反物質的研究者還這樣推測：在開天闢地的那個時刻，物質和反物質就分離開，構成了兩個宇宙，一個稱做“宇宙”，另一個則是“反宇宙”，它們互相排斥並且以很大的速度互相遠離。反物質正是一般物質的對立面，而一般物質就是構成宇宙的主要部分。反物質一旦同我們世界的"正物質"接觸，便會在瞬間發生爆炸，物質和反物質變為光子或介子，釋放巨大能量，產生"湮滅"現象。據人類所知，反物質可能是世界上最有威力的能量源和爆炸性物質。根據愛因斯坦相對論中著名的質能換算公式E=mc2，微量的反物質便能產生驚人的巨大能量。它能以輻射形式百分之百的效率釋放能量，而二核裂變的效率是百分之一點五。美國蘭德公司在一份反物質實驗報告中指出，當1克反物質與1克物質相互碰撞湮滅時，放出的能量是5×107千瓦時，約為6兆瓦年。但是，反物質極不穩定，它可以把接觸到的任何東西都化為灰燼，連空氣也不能例外。世界上任何大型的粒子加速器里都可以製造出小量的反物質，但是無法大規模又便宜地生產出足夠多的反物質。2004年3月24日，在美國宇航局召開的“先進概念研討會”上，美國人公布的數據顯示，生產一千億分之一克的反物質，需要耗資近60億美元。但是，據2008年10月18日美國《自然》雜誌報導，美國軍方科學家發明了一種產生反物質的新方法。除此之外，歐洲有關研究中心已經在開發一種新型的反物質減速器，這是一種先進的反物質生產設備，這種設備將有望大幅度提高反物質的生產能力。
武器
科學家們認為，反物質不僅能夠解決能源問題和實現能源革命，而且在軍事上具有重大的套用前景。反物質被各國軍事專家認為具有以下4項軍事用途：一是用作超高速火箭的推進燃料，如亞光速火箭的燃料；二是用作空間軌道上軍用站以及其他領域的超小型、超輕型能量發生器；三是用作啟動聚變彈的“核扳機”；四是用作集能束武器，如可任意調節的反物質炸彈。可以說，以美國為首的西方核大國對以反物質作為彈藥的反物質武器倍感興趣。早在1983年，美國蘭德公司就耗資200萬美元為美國空軍進行了一項生產和使用10萬億個反質子/秒的可行性研究和使用該技術製造“質子炸彈”的可行性研究。在2000年，美國空軍更是成立了由號稱“美國反物質武器之父”的愛德華茲為負責人的“革命性彈藥”研發小組，開始專事反物質武器研究。從西方的核武器劃分標準來說，反物質武器屬於第四代核武器，被視作“常規武器”的核武器，可以在常規戰爭或局部戰爭中使用。反物質武器的最大特點就是能量密度極大且易於點燃，不像核子彈裂變反應那樣要求臨界質量而無法減小其體積，也不像氫彈聚變反應那樣要求極高的點火溫度而必須由核子彈引爆（但是現在好像是可以不用核子彈引爆了）。其次，與核彈不同，反物質炸彈擁有氫彈爆炸的威力，但是爆炸時只產生電磁波，並不會產生核輻射，不會對生物和植物造成巨大輻射傷害，引起人道主義災難，是一種“乾淨的氫彈”。據科學家們估算，每百萬分之一克的反質子與質子發生湮滅（爆炸）後釋放的能量相當於37.8公斤的TNT炸藥。一克的反物質就相當於約四萬噸的TNT炸藥當量——相當於當年投在廣島的那顆核子彈的能量。幾微克的反物質放出的能量，就可作為熱核反應的扳機，或者可以激勵出很強的X射線暴或γ射線雷射。如果一個反質子和一個質子相互進行湮沒反應，其釋放出的能量約為一個鈾原子核裂變時釋放出能量的10倍；如果考慮湮沒反應在物質中引發的次級效應，那么這種反應就將釋放出更多的能量。據悉，美國五角大樓於2008年9月舉行了一次代號為“反物質特攻－2008”的電腦模擬演習，演習實況如下：201X年，一名美軍士兵攜一枚反物質定時炸彈潛入C國首都，在市中心臨近C國總參謀部大樓的公共廁所內安裝好後從容撤出。軍事行動開始後，反物質定時炸彈爆炸，C國總參謀部大樓和附屬設施化為灰燼，而這名士兵所攜的反物質炸彈只有五千萬分之一克！隨後，一枚反物質脈衝炸彈在C國電力和通信網路上空引爆，剎那間，該國的軍事和社會活動徹底癱瘓……演習結束後，五角大樓的將軍們驚嘆：“幾克重的反物質炸彈就能毀滅地球了！”然而，普林斯頓大學高級研究所的歷史學家、科學家喬治·戴森指出，“乾淨”的反物質武器遠比“骯髒”的核武器更可怕，因為它更有可能投入實戰。如果美國研製出反物質武器，那么，美軍在戰場上將更加無所顧忌——由於它沒有核殘留，美軍可能會將其歸類為常規武器。”
製造難點
雖然反物質炸彈在理論上擁有巨大的湮滅性摧毀能力，但是在技術上依舊存在著一些無法超越的挑戰。首先，如何能夠便宜地生產製造出足夠多的反物質，依舊是一大挑戰。其次，儲備反物質在技術上存在難點。如何在小型空間內儲存足夠的反物質，如把它們裝入瓶子，而不是存放在強大的電磁場內。事實上，反物質並非象一些科學家描述的那樣法力無邊，因為在關於反物質的學術研究方面，仍有六個主要方面的問題有待於進一步深入研究，得到實質性的突破。
反物質武器
反物質武器六個問題如下：第一，電與磁的能量交換本質依然不詳。該觀點認為，人工獲得反物質及其套用的說法則是站不住腳的。第二，正物質不能束縛反物質。該觀點認為，獲得的反物質並不是真正意義上的反物質。第三，人工磁場難以束縛反物質。該觀點認為，被束縛於強大的人工電磁場下的反物質，容易出現風險。第四，反物質是單向不可逆的。該觀點認為，反物質炸彈在儲備設備壽命到期且沒有機會使用的時候，最終湮滅之時必將使儲備者受害。第五，用正物質不能製造出反物質。該觀點認為，在正物質的環境裡尋找反物質，是不可能實現的事情。第六，湮滅機理不詳。該觀點認為，正反物質湮滅過程中，正物質與反物質的湮滅機理沒有本質性認識。
難關
建立反物質武器的最大障礙在於產生與存儲反物質。一克反物質與一克正物質湮滅，可以產生180萬億焦耳的能量，相當於4.3萬噸的TNT炸藥（約投在廣島3倍的核子彈的能量）。 但是以現有的技術，需要昂貴且龐大的粒子加速器，並投入相當於大城市的總用電量的能量，才能獲得極少數的反物質，且極難保存。即使使用現時最大粒子加速器的歐洲核子研究組織，也需要40億年時間才能生產出一公克反物質。
但三個方面的技術難點無法超越：
第一，能量守恆原理不能超越。因為要湮滅多少正物質，必須伴有多少等量的反物質，儘管反物質炸彈的能量釋放比核子彈更加威力無比，但也必須先有反物質炸彈的一定儲備，特別是反物質的儲備，才有反物質炸彈的威懾。因此，就當今科技能力而言，妄圖通過反物質炸彈來毀滅一國一族，那只能是自欺欺人的把戲。
第二，反物質炸彈的儲備難以從技術上超越。大家知道，即使是核武器，只要包容好、包裝好、安放好，就相安無事。可是，反物質卻不象普通物質這樣，而是需要強大的磁場能量來束縛。然而，強大並不可間斷的磁場能量，不僅需要更加先進可靠的設備，更需要強大的電能來維持。因此，所謂的反物質炸彈的套用，則不是那么輕而易舉的事情。
第三，反物質炸彈萬無一失的安全性難以超越。因為技術風險巨大，一旦失控，那就不是“搬起石頭砸自己的腳”這么簡單，而首先毀滅的不是別人，而恰恰是是操刀者自己。
核聚變的能量比核裂變大，正反物質湮滅釋放的能量比核聚變還大。反物質彈的威力可以小到1千克TNT當量，也可以大到1萬億噸TNT當量。反物質彈可以直接摧毀一顆大行星，是名符其實的星球炸彈。一顆反物質彈就可以確保摧毀地球，因此確保生存的難度將越來越大。
每百萬分之一克的反質子與質子發生湮滅後釋放的能量相當於37.8公斤的TNT炸藥。但是人類的科學技術生產千億分之一克的反物質需要耗費60億美元。反物質彈的成本極高。幾微克的反物質放出的能量，就可作為熱核反應的扳機，或者可以激勵出很強的X射線或γ射線雷射，因此反物質在軍事領域有著極為廣闊的套用前景，成為各國研究的重點。
美國軍方現正在秘密研製以反物質作為彈藥的“質子炸彈”，並已在這方面投入了大量資金。早在1983年，美國蘭德公司就耗資200萬美元為美國空軍進行了一項生產和使用10萬億個反質子/秒的可行性研究。
最新進展
美國反物質彈研究取得重大突破 2008年10月18日，《自然》雜誌報導美國軍方科學家發明了一種產生反物質的新方法，使得產生百萬分之一克反物質的成本從10億美元降低到了1億美元。這意味著美國反物質彈的研究取得重大突破。 歷史事實：美國1983年就開始研製反物質彈 1983年，美國蘭德公司耗資200萬美元為美國空軍進行了一項生產10萬億個反質子/秒的技術的可行性研究和使用該技術製造“質子炸彈”的可行性研究。 美國軍方秘密研製以反物質作為彈藥的“質子炸彈”已經有25年，總投入超過600億美元。 1989年7月，歐洲核物理組織首次“捕獲”到反質子，其生成率達1000萬個反質子/秒，但由於試驗條件還不夠穩定，反質子僅保持約10分鐘。 更多歷史事實請參見《未來戰爭論（第一版）》。
能量發生器
正反物質湮滅裝置可以作為各種系統的超小型和超輕型高能量發生器，還可以作為各種聚變型核彈的起爆器，而且聚焦湮滅產生的光輻射形成的光束比雷射光束更好用。10萬億個“質子-反質子”對發生湮滅將釋放3000焦耳的能量，而10萬億個“質子-反質子”對的質量不到百億分之一克。每百萬分之一克的反質子與質子發生湮滅後釋放的能量相當於37.8千克的TNT炸藥。
物理基礎
正反物質湮滅 物質和反物質發生湮滅，其質量將全部轉化為光輻射的能量。按照E=mc^2，質子和反質子的質量均為1.6726231X10-27千克，光速C為299792458米/秒。一個質子和一個反質子發生湮滅，釋放的能量為3.3452462X10-27kgX89875517873681764m2/s2=3.00655734639966X10-10J，即一個質子和一個反質子發生湮滅將釋放3 X10-10焦耳的能量。 1箇中子擊中1個鈾235原子核發生裂變反應可以釋放出210MeV的能量，即3.36459732X10-11J（註：1MeV=1.6021892X10-13J）。1箇中子和1個鈾235原子核的總質量是一個質子和一個反質子總質量的118倍，即相同質量的湮滅反應釋放的能量大約是裂變反應的1054倍。 2個氘原子核發生聚變反應可以釋放出4.04 MeV的能量，即6.472844368X10-13J。1個氘原子核和1個氚原子核發生聚變反應可以釋放出17.58 MeV的能量，即2.8166486136X10-12J。1個氘原子核和1個氚原子核的總質量是一個質子和一個反質子總質量的2.5倍，即相同質量的湮滅反應釋放的能量大約是聚變反應的266倍。 聚變反應約是裂變反應的4倍，而湮滅反應是裂變反應的1054倍。因此，反物質彈可以成為比核子彈厲害1064倍，比氫彈厲害266倍的超級大規模殺傷武器。 湮滅反應、聚變反應和裂變反應的詳細計算公式請參見《未來戰爭論（第一版）》。
創新思維
三顆反物質彈瞬間滅亡全人類 核子彈和氫彈通過光輻射、核輻射、衝擊波和核輻射降下灰四大殺傷因素直接殺傷人類，並可造成核冬天繼續殺傷人類。通過計算可以知道，至少需要30枚5000萬噸當量的氫彈同時在適當的位置和高度爆炸才能在瞬間滅亡全人類。（詳細的計算和論證請參見《未來戰爭論（第一版）》。） 根據克卜勒第三定律可計算出地球同步軌道距地心約42241千米，距赤道約35786公里，線速度的大小約為3.1公里/秒。根據幾何知識可知，如果把三顆同步衛星，相隔120°均勻分布，那么衛星發射的的直線電磁波就能覆蓋全球絕大多數有人居住的區域（除兩極以外）。 通過計算可以知道，製造三顆反物質彈，每顆反物質彈填裝13.227千克“質子-反質子”對，即質子和反質子各6.6135千克。把三顆反物質彈送到35786公里的地球同步軌道，相隔120°均勻分布，同時引爆。那么，三顆反物質彈釋放的超強光輻射將在瞬間照射到全球絕大多數有人居住的區域：被光輻射直接照射到的人類立即死亡；城市、村鎮和樹林在瞬間被點燃，整個人類文明陷入一片火海；整個大氣層的溫度急劇上升，誰能呼吸100攝氏度以上的高溫空氣而不死亡；江河湖海里的水急劇蒸發的同時冰川急劇融化，海平面快速上升的同時有的江河湖泊卻乾涸了；…..整個人類文明就在那瞬間的閃光之後滅亡了。（詳細的計算和論證請參見《未來戰爭論（第一版）》。）
如果裝填的不是13.227千克而是13噸，那么整個地球表面的岩石都將融化。如果把三顆反物質彈埋到地下3189公里處（地球赤道處的半徑約6378公里），那么整個地球都將被炸裂。我們看到核子彈，氫彈，生化武器給人類帶來的巨大災難！
任意調節
環保的當量可任意調節的反物質彈：反物質彈湮滅反應最大優點就是能量密度極大且易於點燃，不像核子彈裂變反應那樣要求臨界質量，也不像氫彈聚變反應那樣要求起始的點火溫度。1克反質子與質子發生湮滅就是3.78萬噸TNT當量。反物質彈的當量可以從3X10-10J到1萬億噸TNT當量，甚至無限大之間任意調節。一顆反物質彈就可以確保滅亡全人類，確保生存的難度將越來越大。實際上，反物質彈可以直接摧毀一顆大行星，是名符其實的星球炸彈。
光明前景
反物質的三大用途 光速火箭的燃料：正反物質湮滅裝置可以把火箭的速度提高到1萬公里/秒，甚至接近光速。例如：1千克正反物質與一面質量為1千克的巨大反射鏡相對放置，整個裝置處於相對靜止狀態。如果1千克正反物質突然發生湮滅，那么將向同一個方向以光速噴射等效總質量為1千克的光子。根據動量守恆定理可知，相對放置的那一個質量為1千克的巨大反射鏡也將以光速向相反方向運動。（更進一步的內容請參見《未來戰爭論（第一版）》。） （插圖：反物質推動的火箭）
