发信人: math (pixy), 信区: Lixueyuan
标  题: 前沿新知：反物质让人类飞入深空
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Nov 12 22:44:55 2002) , 转信



1996年美国的火星全球观察飞船花了11个月才飞到了火星。即使按照最佳的飞行方案，飞
向火星也要超过六个月。而在此期间，宇航员在失重状态下造成的骨质流失和肌肉萎缩，
将严重影响他们的健康。因此宇宙飞船的速度对未来的宇宙航行是至关重要的事情。

然而，对正在美国航空航天局的资助下研究反物质发动机的史蒂夫·豪博士来说，飞向冥
王星也不过是小菜一碟。这个最远的行星离地球的距离是地球到太阳距离的40倍。但是这
还不到豪博士理想的星际旅行距离的一半。一个天文单位是9300万英里，这是地球到太阳
的距离。奥尔特彗星云离地球的距离大约是250个天文单位。人类目前最快的飞得最远的飞
船——美国的先锋10号和旅行者1号和2号飞船，飞到这个目的地也要几十年。在发射25年
后，旅行者1号只飞到77个天文单位处。要使飞船在合理的时间里飞到太阳系真正的边缘，
或飞到太阳系外面，豪博士寄希望于反物质。

什么是反物质

反物质是什么呢？它们的质量和物质相同，但组成它们的粒子电荷正负和普通物质粒子相
反。虽然宇宙中的反物质的存在还在理论研究中，但是在人工条件下，人们在粒子加速器
里得到了反物质。1928年英国物理学家狄拉克首先从理论上提出了存在反物质的假说。19
32年卡尔·安得尔森发现了正电子，即电荷为正的电子的存在。1955年在美国伯克利高能
质子稳相加速器上，研究人员制造出了第一个反质子，即电荷为负的质子。欧洲原子核研
究委员会的研究人员又制造出了第一个反原子，他们造出了9个反氢原子。存在了40毫微秒
。到1998年他们一小时已经能生产2000个反氢原子了。

当反物质和物质相遇时就会发生湮灭反应，爆炸，放出伽马射线，产生大量的能量。

美国航空航天局在2000年前后就推出了反物质发动机的初步设想，豪博士现在在美国航空
航天局的高级设计研究所资助下正在研制更快更好更便宜的反物质发动机。

反物质推进器的效率是百分之百的，因为反物质和物质湮灭时，它们的质量全部转化为了
能量。它们释放出的能量是现在航天飞机里使用的氢氧燃烧释放的能量的100亿倍，是核动
力工厂里的核裂变反应的1000倍，是核聚变反应的300倍。

豪博士力图找到一种能进行深空探险，能进行星际旅行的技术。以合理的快速度真正地到
达深空。不用大型的笨重的聚变反应发动机，而用能量大，重量轻的反物质发动机。

豪博士的飞船在四个月里能达到每秒116公里。而旅行者1号和它相比简直就是只乌龟，只
有每秒17.4公里

从第一眼看来，豪博士设计的反物质帆飞船好像是太阳风帆的另一个变种。但是它们有重
要的区别。

首先反物质帆飞船本身和几英里宽的太阳风帆比起来，小很多。它的直径只有15英尺（5米
），反物质帆飞船结构相当紧密。

第二，反物质飞船通过从飞船里喷出反物质，自己给自己提供“风”。当这些反粒子相互
作用时，就会用两种方式产生反物质帆飞船的推力。

首先，当然是反物质粒子和反物质帆碰撞产生的细微爆炸。其次，更重要的是物质和反物
质湮灭时将和帆上薄薄的铀235涂层作用，产生少量的核裂变。由于豪博士基本使用了核裂
变反应，才使飞船的重量降了下来。

这两个反应组合起来能产生最大的爆炸。这意味着这个小小的反物质飞船能以极高的速度
前进。豪博士希望能达到用10年或更少的时间飞行到离地球250个天文单位的目标，这样才
能保证宇航员在有生之年完成宇宙飞行任务。

用这种方法加速，豪博士的飞船在四个月里能达到每秒116公里。而旅行者1号和它相比简
直就是只乌龟，只有每秒17.4公里。

豪博士在实验室里找到了两种捕获反物质的办法

然而，任何先进的设计不可能没有障碍。中心问题是反物质的存储。这里有大量的技术问
题等待解决。

豪博士已经开始研究这个问题，用常规的燃料存储罐不能存储反物质。豪博士在实验室里
找到了两种捕获反物质的办法。

一是，把磁化了的反质子保持在冷冻的氢气里。磁场和深度的寒冷使这些粒子不会因撞击
罐壁毁灭。

另一种方法是让正电子和反质子结合成反氢原子，用一种叫做约飞捕获器的器具，使之能
产生和保存反氢原子。

另一方面，豪博士期望这种被存储的物质形成晶体形态，或是一种纳米级的雪花状。

但更大的问题是反物质仍然是很难生产的。甚至最先进的费米实验室一年也只能生产十亿
分之一克。但据《自然》杂志披露，欧洲原子核研究委员会在制造反氢原子上有重大突破
，他们的加速器获得了5万多个缓慢运动的反氢原子，和过去在加速器里得到的高速运动的
反氢原子相比，这些缓慢运动的反氢原子不容易消失，更便于研究和使用。

豪博士说，生产反氢原子需要冷却环，要花两千万美元才能大量生产。如果有投资，我们
一年就能实现反物质发动机。我们已经站在实现反物质发动机的边缘上了。


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