2009年10月5日 星期一

反物質

1.如果宇宙是藉大爆炸發生,創始之初會產生等量的物質與反物質,但物質與反物質相遇必然湮滅成光宇宙就會消失,但奇妙的是,反物質不見了,所以宇宙存在,但反物質到哪裡去了?


2.「天使與魔鬼」中,女主角與父親製造出反物質,因會湮滅物質,破壞力極強,這項理論已應用在醫學上,在正子造影就是利用電子的反粒子,湮滅人體內的電子產生光的原理做身體的影像檢查。


3. 解釋宇宙反物質消失的理論,就是物質和反物質基本性質有些許不同,稱為「電荷宇稱破壞」,將正負電子對撞後,產生出B介子,B介子衰變到一個K介子和一個p介子的管道中,帶電B介子和中性B介子衰變的電荷宇稱破壞有明顯的差異,違反原來理論上的預期,標準模型難以解釋。 雖然現在還不足以解釋反物質到哪裡去了,只是找到蛛絲馬跡,但很有機會可以提供線索解開這個謎。


3.CERN 歐洲核能研究中心製造反物質! 過去 30 年來製造的反物質,總和加起來,大概是有百億分之一公克,如果真有人偷了這些反物質,大概可以產生跟點燃一根火柴棒相同的能量
這麼微量的反物質是因為反物質本身難以存取、產生,CERN 表示要有電影中這麼強大能量的反物質炸彈,約需花費十億年的時間製造,然而世界上已經有太多威力同樣大小的武器了,比如說全球所有的氫彈加起來已經超過一萬枚了,要擔心反物質不如先管好氫彈
4.
古老的秘密組織光明會,從歐洲核子研究中心的大型強子對撞器盜取了0.25公克的「反物質」,預備用作爆裂物炸毀梵蒂岡,這時唯一的依靠就是哈佛大學的符號學專家蘭登教授,期望能及時解開這一陰謀之謎,找到反物質解除爆炸,拯救羅馬城。這是熱門電影「天使與魔鬼」的情節,也是以「達文西密碼」一書成名的丹布朗2000年寫的書,兩本書都涉及羅馬教廷,都靠同一教授解謎。達文西密碼引發宗教界的討論,天使與魔鬼亦然,不過這次討論的重點是光明會要引爆的「反物質」。強子對撞實驗室在美加大學辦了幾十場演講,由教授講解電影的科學依據及不當處;歐洲核研所也架設天使與魔鬼網站,解說反物質基本概念;其他網路討論更不計其數,科學家認為,此片縱有不正確之處,仍有助提升大眾的物理知識。


5.什麼是反物質?簡單的說,一樣東西存在,必有一樣正好相反的東西也存在,好像鏡子裡外兩面。在一條金屬上打鑄硬幣,鑄製出一個個銅板,金屬條上卻留下一個個洞,如果說銅板是物質,這些洞就是反物質。現實世界看到的都是物質,因為反物質並不存在於自然界,但可用人工方式製造,至少理論上如此。歐洲核研所的大型強子對撞器,就是做這件事,讓原子裡的粒子以接近光速對撞,如果產生前所未見的粒子如帶正電電子(電子都是帶負電的),就能證實反粒子存在。


以龐大經費與人力研究反物質, 是要解開宇宙誕生的秘密。話說天地玄黃宇宙洪荒之際,宇宙體積僅有一小塊,密度極大溫度也極高,突然一聲巨響「大爆炸」(Big Bang),質能完全交換,粒子與反粒子配對結合,產生極大能量。然後溫度急速下降,粒子與反粒子結合漸緩,極少量粒子找不到反粒子配對,落了單的粒子就逐漸發展成物質、形成宇宙間的日月星辰,包括地球在內,都是大爆炸的剩餘物。如果在實驗室能模擬大爆炸、產生「剩餘物」,就能進一步證實大爆炸的理論。


天使與魔鬼的劇情,稱盜取來的反物質與實體物質結合能產生龐大能量,足以毀滅梵蒂岡甚至羅馬城,又說爆炸時會出現亮光,這些都正確。根據愛因斯坦的質能互換公式,0.25公克反物質與正常物質結合後,會產生45兆焦耳能量,相當於1萬噸黃色炸藥的威力。電影中說有五千噸的威力,顯然沒把正常物質計入,反物質須與正常物質結合才會爆炸。


反物質確實存在,但需以極大能量製造,目前僅美國政府實驗室製出極微量,每年十億分之二公克的反質子(Antiproton)。以此速度生產0.25公克需1億年,因此以反物質為武器並不實際。反物質也不能攜帶,片中裝在容器拿著走,是為戲劇效果。


片中把歐洲核研中心描繪成機密機構,也與事實不符20國的9000名科學家在中心參與公開研究



 


 


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