『科学家』宇宙中的完美能源,核聚变在它面前就是渣渣,它是怎么被发现的?
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【『科学家』宇宙中的完美能源,核聚变在它面前就是渣渣,它是怎么被发现的?】
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人类的梦想是星辰大海 , 要实现这个梦想 , 我们就需要强大的能源 。 就目前来看 , 离我们最近的强大能源就是核聚变了 , 需要说明的是 , 这种能源并不完美 , 即使以后人类掌握了可控核聚变的技术 , 也只能将核燃料的大约0.7%的质量转换成能量 。
那还有没有更强大的能源呢?答案是肯定的 , 科学家早已发现 , 宇宙中存在着一种特殊的物质——反物质 , 这种物质能够与普通物质发生湮灭 , 并且将自身的质量全部转化为能量 。
我们可以看到 , 反物质这种能源的效率是核聚变的大约143倍 , 而由于它的质能转换率已经到达极限100%) , 因此可以说 , 反物质才是宇宙中的完美能源 , 而核聚变在它面前就是渣渣 。 假如人类未来的宇宙飞船能够使用反物质能源 , 那进行跨越星际的飞行将不再是梦想 。
相信大家一定会好奇 , 为什么反物质遇到普通物质就会湮灭 , 原理是什么呢?我们不妨先来了解一下它是怎么被发现的 。
从古到今 , 人们一直在苦苦探索我们的世界到底是由什么组成的 , 起初人们认为这种东西是原子 , 然后人们又发现了原子并非物质的最小单位 , 再然后人们发明了粒子对撞机 , 从此拥有了撬开原子核的实力 , 经过多年的研究 , 科学家发现了大量的微观粒子 , 在对其进行分类之后 , 于是我们就有了粒子物理学的标准模型 。
科学家认为 , 我们的世界就是由许许多多的这样的基本粒子所构成 , 为了研究这些微观粒子的规律 , 量子力学应运而生 。 在量子力学中 , 有一个基本的方程式——薛定谔方程 , 利用这个方程式 , 人们就可以计算出微观系统的具体性质 , 然而这个方程式并不完美 , 因为它并没有考虑相对论 。
想象一下 , 对于真空中的两束方向相反的光线而言 , 它们的相对速度会是多少?根据常识来说 , 我们会理所当然地认为 , 它们的相对速度是两倍光速 。 但事实并不是这样 , 早在1887年 , 著名的迈克尔逊-莫雷实验就证实了一个奇怪的现象 , 那就是对于一个观察者来说 , 无论他处于哪种参考系 , 他观察到的真空中的光速都是不变的 。
也就是说 , 这两束方向相反的光线的相对速度依然是光速 , 这个现象虽然很反直觉 , 但却是真实存在的 。 对此 , 爱因斯坦在相对论中指出 , 物体的相对运动速度并不是简单地叠加 , 而应该通过公式 V = (v1 + v2)/(1 + v1v2/c^2)来计算(注:v1、v2分别代表两个物体的速度 , c代表光速) 。
我们可以看到 , 利用该公式计算出的结果与实际情况相符 , 我们还可以看到 , 在低速的情况下 , 将物体的运动速度进行简单地叠加所得出的结果 , 也不会出现太大的偏差 , 但在高速的情况下 , 就必须要考虑相对论了 。
需要指出的是 , 在微观世界中 , 各种基本粒子的速度是相当快的 , 比如说电子在原子内部空间运动的时候 , 其速度常常可达到每秒数千公里 , 而如果电子得到了足够的能量 , 它的速度甚至可以达到光速的99%以上 , 因此可以说 , 要计算出微观系统的运动规律 , 就必须得将相对论也考虑进去 。
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