超級能源

超級能源

當全人類都面臨著能源危機的時候,一種新的能源被發現,哪怕是一種可能性出現,人們都會覺得充滿了期待和好奇。根據物理學家的假想,在宇宙形成的最初很短的時間內,宇宙是守恆的,物質與反物質具有相等的豐度。正因正反物質相接觸會釋放巨大超級能源,宇宙大爆炸發生——僅僅一秒之後,所有的反物質與大部分(幾乎全部)的物質消失,剩下的微量物質形成了我們世界裡的一切。由於理論上物質與反物質的湮滅時質量可完全轉換成能量,帶來最大的能源效率,且單位產量是核能的千百倍或常規燃料的億兆倍,所以科學界一直在試圖研究其作為新能源的可行性。即最近新聞稿件的說法,用作宇宙飛船燃料六星期可到火星,用作武器爆炸威力超氫彈等等。

物質與反物質結合釋放出高能光子或伽瑪射線物質與反物質結合釋放出高能光子或伽瑪射線
當全人類都面臨著能源危機的時候,一種新的能源被發現,哪怕是一種可能性出現,人們都會覺得充滿了期待和好奇。根據物理學家的假想,在宇宙形成的最初很短的時間內,宇宙是守恆的,物質與反物質具有相等的豐度。正因正反物質相接觸會釋放巨大能量,宇宙大爆炸發生——僅僅一秒之後,所有的反物質與大部分(幾乎全部)的物質消失,剩下的微量物質形成了我們世界裡的一切。由於理論上物質與反物質的湮滅時質量可完全轉換成能量,帶來最大的能源效率,且單位產量是核能的千百倍或常規燃料的億兆倍,所以科學界一直在試圖研究其作為新能源的可行性。即最近新聞稿件的說法,用作宇宙飛船燃料六星期可到火星,用作武器爆炸威力超氫彈等等。

可燃冰

超級能源—可燃冰超級能源—可燃冰

由於這種物質外觀酷似冰雪而且可以燃燒,人們就將其形象地稱為可燃冰。“可燃冰”的主要成分是甲烷與水分子(CH4·H2O)。它的形成與海底石油、天然氣的形成過程相仿,而且密切相關。埋于海底地層深處的大量有機質在缺氧環境中,厭氣性細菌把有機質分解,最後形成石油和天然氣(石油氣)。其中許多天然氣又被包進水分子中,在海底的低溫與壓力下又形成“可燃冰”。
後來的實驗證明,1立方米可燃冰燃燒後能釋放出相當於164立方米的天然氣燃燒所產生的熱值。據粗略估算,在地殼淺部,可燃冰儲層中所含的有機碳總量,大約是全球石油、天然氣和煤等化石燃料含碳量的兩倍。有專家認為,水合甲烷這種新型能源一旦得到開採,將使人類的燃料使用史延長几個世紀,因此可燃冰又被稱為繼煤炭、石油和天然氣之後的第四代能源。

可燃凍的發現要從人類首次用管道大規模輸送天然氣說起。在20世紀30年代,前蘇聯為了向歐洲國家輸送天然氣,開始鋪設巨型天然氣管道。但是,管道經常莫名其妙地發生堵塞,工人們將管道剖開後發現,一種外觀酷似冰雪樣的物質塞住了管道。對這種物質進行研究後,才知道是天然氣與水的結合物,有很強的燃燒能力。當時,這種可燃燒的冰雪樣物質並沒有引起人們的特別關注。
上個世紀60年代,前蘇聯的科學家們意識到在自然界也許存在這種水合物,並預測到它作為一種可利用的新能源的前景。1972年,在開發北極圈內的麥雅哈天然氣田時,人類第一次發現了這種以礦藏形式存在的天然氣水合物。之後,美國科學家在地震研究中證實,在海底600米處就存在這種水合物。
1996年夏天,德國科學家搭乘一艘海洋考察船對北太平洋水域進行考察,以尋找這種神秘的冰晶體。結果,水下攝像機在800米深的海底拍攝到了晶瑩的亮光。科學家們迅速從海底取出了樣品。為了證實這就是充滿甲烷的冰晶體,一位科學家從這種冰塊上取下一小塊,用火柴點燃:冰雪般的東西開始燃燒,發出魔幻般淡紅色的火焰,直至冰塊變成了一攤水。

反物質

反物質被認為是揭開宇宙起源(宇宙大爆炸)之謎反物質被認為是揭開宇宙起源(宇宙大爆炸)之謎

反物質對人類來說並不是太新鮮的事物。早在1928年英國科學家迪拉克最早提出了反物質的概念的4年後,這個假說就得到驗證——加州理工的安德森(Carl David Anderson)發現了正電子,即電荷為正的電子的存在;1955年在美國伯克利高能質子穩相加速器上,研究人員製造出了第一個反質子,即電荷為負的質子。
時至今日,人們發現和製造的反物質粒子雖然不多,但正電子作為反物質的一種形式,已經有了許多實際用途。例如,反物質正在醫學領域發揮效用。正子放射斷層掃瞄器(PET scanner)既是套用了正電子的特性。這種醫療成像技術發明於1974年,是一種類似CT的掃描,將微量帶有正子的氟化去氧葡萄糖注入體內,經血液循環傳送到體內組織器官,利用正子衰減時激發珈瑪射線,以正子掃瞄器測知射線的存在,再經由電腦運算組合成全身各層次影像,就能看到癌細胞,為醫生提供診斷依據。
根據愛因斯坦著名的質能關係式——E=mc2告訴我們,質量泯滅,產生能量。正反物質湮滅時質量幾乎損失殆盡,產生的能量比重核裂變和輕核聚變產生的少許質量差異大得多,爆發的能量也大得多,會將100%質量轉化成能量,而利用聚變反應的氫彈則大約只有7%的質能轉換。科學家由此推算1克反物質與1克物質相互碰撞而湮滅時所釋放出的能量,相當於世界上最大的水電站12個小時發出的能量;而不到500克反物質的破壞力超過世界上最大氫彈的威力。

正反物質-內部結構模型圖正反物質-內部結構模型圖

但到目前為止,關於反物質能量的說法全部都來自科學家的推測,無任何實驗能夠證明。丁肇中教授也很慎重地表示過“從這一領域發展的歷史來看,人們要有思想準備,也許我們會發現意想不到的東西,與原先想研究的東西毫無關係。”另外也有說法稱,正反物質對撞所釋放的能量主要為光能而非熱能,其威力可能沒有我們想像中巨大,僅為核裂變釋放能量的數倍而不是數千倍。另外,這也可能為反物質的套用蒙上陰影(例如用在太空飛船的燃料,其發射出的伽瑪射線足以瞬間殺死飛船里的人等等)。如果反物質的能量並不像想像中的巨大,那么人們為開發反物質套用而付出的努力或許只是白費。巨額資金投入和未知的回報,也可能影響政府或企業參與的積極性。

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