正、反物质湮灭释放能量大还是核聚变的大,为什么?正负电子对撞后会湮灭,那光子对撞后会发生什
发布时间: 2023-07-18

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正、反物质湮灭释放能量大还是核聚变的大,为什么

当然是正反物质湮灭释放的能量大的多。核反应前后的质量改变相对于反应物只是少了一个零头。而湮灭可是全都变成能量。

比如核聚变,反应前可能是氘氚,这时可以看做有俩质子仨中子。反应完成的质子和中子其实数量没少,氦核俩中子俩质子,还有一个跑出去的中子。可以查查元素表他们的原子量,要精确到后边多几位就发现变少了,少的这部分就转化为了能量。也就是说少的这部分质量,相对于原来也只是个零头。

湮灭,就是正反物质相遇,全部转化为能量。反物质是在实验室里发现的,最初是在上世纪30年代,人们发现了正电子。后来在50年代,人们发现了反质子和反中子。

有些小伙伴对反物质有一些误解,认为反物质就是电荷相反,例如电子和正电子,质子和反质子。单手中子没电荷,也有反中子。所以这里说的相反,不仅仅是电荷,而是全部性质都相反。

湮灭释放的能量遵循E=mc²,也就是等于物质质量乘以光速的平方。并不是一点反物质就能毁灭地球的,要不然实验室里的反物质是怎么来的。一毫克物质和反物质湮灭释放的能量是1.8X10^11焦耳,大概43吨TNT当量。一吨正反物质湮灭释放能量相当于430亿吨TNT当量。轰掉地球渣都不剩,需要1.6X10^11吨,也就是大概1600亿吨反物质。(这都给算,我也是够闲的)

反物质在我们的地球上很难长时间大量存在,因为一出现就和正物质湮灭了。以后有技术的话,没准可以拿来当新的能源用。

正负电子对撞后会湮灭,那光子对撞后会发生什么

我们日常生活中,基本不可能接触到反物质粒子。但是很多人在中学的物理课本里,都会学到正电子和电子对撞会发生湮灭,产生能量,释放出来。这个过程中,这对正负电子的静止质量都等价于能量,以能量的形式释放出来了。

那么问题来了,如果是一对光子对撞那结果会是什么样子的呢?

光子的碰撞

我们都知道,电子的反粒子是正电子。实际上,光子也有反粒子,就是它本身。所以,理论上光子也是可以相互湮灭的。只不过,这里比较复杂的是,光子是不是会发生相互湮灭和光子自身的能量有关,如果是低能的光子,那发生湮灭的概率非常非常低,而高能的光子发生碰撞就可以湮灭,产生其他粒子。可能这么说,你还是不太能够明白。所以,我们来举两个例子。

宇宙大爆炸

按照我们如今的理论,我们知道宇宙起源于一次大爆炸。

在这次大爆炸之后,宇宙开始剧烈的膨胀,同时从非常高的温度开始逐渐下降。早期的宇宙主要就是所谓的“纯能量”状态,其中充满了各种高能的光子。要知道,我们现在所在的宇宙充满了各种“粒子”,比如:原子、电子、质子、中子,这些早期其实都没有。那它们到底是咋来的呢?

实际上,它们大部分是是“碰撞”出来的。我们以电子为例,我们都知道电子所定义的质量,通过质能方程E=mc^2,我们可以计算出这个质量所对应的“静止能量”。

如果一对光子的能量要大于电子所对应的静止能量,它们碰撞湮灭后,就会产生一对正负电子,多余的能量会转化电子动能。

那什么环境下的光子才具有这样的“静止能量”呢?答案是温度到60亿度左右,这个温度也被称为阈值温度。也就是说,如果环境温度达到了60亿度以上,在这个温度下的高能光子膨胀湮灭,就有可能产生一对正负电子。(不过,这些正反粒子其实并没有都留下来,事实上,大多数又加入到了“湮灭”大军中,每10亿对的正负电子湮灭,最终会留下一个电子,至于是什么原因,目前科学家还无法给出令人信服的理论解释。)

不仅仅是电子,μ介子,π介子,质子和中子等粒子都是这么碰撞出来的。唯一不同的其实是它们所对应的阈值温度不同。(当然,它们后来也发生了每10亿对相互湮灭,留下一个正物质粒子的情况。)

而宇宙早期一开始要远远高于这些温度,因此,宇宙早期其实就在不停地创造这些粒子。因此,光子的碰撞其实在宇宙早期就已经发生过了,我们现在见不到,很大原因就是没有高能的光子。

光子碰撞实验

除了宇宙大爆炸之后,光子的碰撞也是科学界未来的趋势,各国都在研究这方面的技术以及实验。比较常见的正负电子对撞机实际上是可以改造成光子对撞机的。

正负电子对撞机可以把电子加速到特别高的能量,然后冲着这个电子发射一束激光,让它们迎面对撞,这就可以得到能量很高的光子数。如果让两束类似的光能光子束进行膨胀,那就有可能产生电子、介子、各种玻色子,比如:希格斯玻色子,W玻色子,Z玻色子。

不过,目前还在理论应用到实际的阶段,这当中还有很多技术环节是需要完善的。之前闹得沸沸扬扬的上帝粒子“希格斯玻色子”,实际上,如果通过光子碰撞来研究相关性质会更加方便一点。因此,利用光子碰撞来进行研究是未来的一个趋势,一些拥有加速器的国家或者组织就在思考如何对现有的加速器进行改变,使其能够实现高能光子的对撞实验。相信在不久的未来,很有可能科学家可以在实验室里就能制造出电子等粒子。

最后,我们来总结一下,正反物质粒子发生湮灭会产生能量,而高能光子的碰撞会产生粒子。这在宇宙早期就已经发生过,而人类也在试图将加速器改造了光子对撞机。

谁能杀死漫威湮灭

湮灭

代表虚无以及不存在的湮灭1985年首次登场于《冰人》#3,是死亡的另一面,他和死亡女神关系极为亲密。因此他也是永恒的对立面。湮灭一般住在口袋宇宙里(一个小到不存在的角落),也许也就漫威宇宙里的死亡女神、永恒、吞星和无限四位神能与他抗争,也许漫威宇宙至高主神OAA,以及他的直属副官生命法庭可以消灭他了。

有比正反物质湮灭更强的能量吗

我的答案是:当然有,不但有,而且比比皆是

看到这个答案一定会有小伙伴们质疑,老郭你还好意思说自己是学物理的,不知道爱因斯坦的质能公式吗?E=MC^2,质量全部都转化为能量,难道还有比这更高的能量转化率吗?转化率高不等于转化的能量总量多。我只能告诉你——纸上得来终觉浅,觉知此事需躬行

很多事情,理论上如此,现实中未必能实现,这就是为什么物理学是一门实践性的科学。之所以说,正反物质湮灭不是最强的能量,是因为在我们这个宇宙中,几乎没有反物质。人造的那点反物质能产生的能量总和可以忽略不计。

实验室中能造出来足够可用的反物质吗?目前看几乎不可能,目前实验室中能造出来的反物质,基本上是个位数的级别,能够人为控制停留非常短暂的时间。

2010年11月17日,欧洲科学家成功制造了38个反氢原子核,并使其存在了0.17秒。这就是目前的水平。即使把这个数量扩大10000倍,其释放的能量也不过能让一个100瓦的灯泡,亮二十万分之一秒。这么点反物质能有啥用?就更别提用反物质做炸弹,甚至是当做航空动力了。

目前宇宙中究竟有多少反物质,还没有明确的答案。但是至少在银河系之内,并没有发现由反物质形成的天体存在。科学家们找到的自然界中的反物质,基本上都是少量的粒子。由于由反物质组成的天体其发射的电磁波与正物质相同,所以通过目前的天文观测手段是无法确定哪个天体是反物质天体的。

结束语

反物质一直都是现代物理学中的一个谜题,它们确实是存在的。但科学家们却一直没有在宇宙中找到聚集的反物质,这是很奇怪的。现在有好多物理学家都在研究这个方向,也有很多实验设备和探测装置在进行探索。

不论结果如何,我相信都将推进人类对于

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