反物质将可能开启星际旅行的全新未来

当前，星际旅行只是人类在科幻小说中才实现的事情 —— 比如《星际迷航》中的“企业号”，它使用反物质引擎穿越星系。

但反物质并不仅仅是科幻小说中的比喻。反物质确实存在。

埃隆·马斯克（Elon Musk）称反物质能力是“星际旅行的门票”，瑞安·威德（Ryan Weed）等物理学家正在探索如何利用它。

反物质是由粒子组成的，与普通物质几乎完全相同，但带相反的电荷。这意味着当反物质与常规物质接触时，它们都会湮灭并产生巨大的能量。

“反物质和物质的湮灭，将质量直接转化为能量，”致力于开发反物质推进系统的正电子动力公司（Positron Dynamics）的联合创始人兼首席执行官韦德（Weed）表示。

只要一克反物质就能产生相当于核弹的爆炸。有人说，正是这种能量，可以以创纪录的速度大胆地把我们带到前人从未到达过的地方。

太空旅行以创纪录的速度进行

所有这些能量的好处是，它可以用于以突破颈速度加速或减速航天器。

例如，让我们去距离我们最近的恒星系比邻星旅行，比邻星距离我们大约4.2光年。

韦德曾在2016年表示，理论上，反物质引擎可以以1G（9.8米/秒平方）的速度加速宇宙飞船，让我们在短短五年内到达比邻星。据美国宇航局称，这比历史上最快的航天器之一旅行者1号的飞行距离快8000倍，而旅行者1号的飞行距离约为前者的一半。

韦德说，即使在我们自己的太阳系内，反物质驱动的宇宙飞船也可以在3.5周内到达冥王星，而美国宇航局的新视野号探测器则需要9.5年才能到达。

为什么我们没有反物质引擎

我们没有反物质引擎的原因，尽管它们有巨大的能力，但归根结底是成本，而不是技术。

在费米实验室从事反物质项目的加速器物理学家杰拉尔德·杰克逊（Gerald Jackson）在2016年告诉《福布斯》，如果有足够的资金，我们可以在十年内制造出反物质航天器原型。

基本的技术已经具备了。物理学家们用世界上最强大的粒子加速器制造出了反质子和反氢原子。

问题是，这种反物质的制造成本非常高。它被认为是地球上最昂贵的物质。杰克逊告诉我们建造和维护反物质机器需要多少钱。

杰克逊是Hbar Technologies的创始人、总裁兼首席执行官，该公司正在研究一种反物质太空帆的概念，以使航天器加速至1%~10%的光速 —— 这是一种进入你想要研究的遥远恒星、行星或月球的轨道的有用设计。

杰克逊说，他设计了一个非对称质子对撞机，每年可以产生20克反物质。

杰克逊告诉媒体：“对于一个10公斤重的科学包裹，以2%的光速运行，需要35克反物质来减速飞船，并将其注入比邻星轨道。”

他说，建造一座太阳能发电厂将需要80亿美元，以满足反物质生产的巨大能源需求，每年的运营成本为6.7亿美元。

目前的想法就是这样。杰克逊说：“目前还没有为先进的太空推进概念提供认真的资金。”

然而，还有其他方法可以产生反物质。这就是韦德工作的重点。

韦德的概念涉及到正电子，电子的反物质版本。

一种不同的反物质引擎

威德说，正电子“比反质子轻几千倍，在湮灭时也没有那么大的冲击力。”

然而，其优势在于它们是自然产生的，不需要巨大的加速器和数十亿美元的资金来制造。

威德的反物质推进系统是用氪-79设计的，氪-79是氪元素的一种形式，自然会发射正电子。

发动机系统将首先从氪-79中收集高能正电子，然后将它们导向一层常规物质，产生湮灭能。然后，这些能量会引发强大的核聚变反应，为航天器产生推力。

虽然，正电子可能比更强大的反物质形式更便宜，但它们很难利用，因为它们能量很高，需要减慢或“缓和”。韦德说，从成本上来说，建造一个在太空中进行测试的原型机仍然遥不可及。

这就是所有反物质推进设计的情况。几十年来，科学家们提出了几十个概念，但没有一个实现。

例如，1953年，奥地利物理学家欧根·森格尔（Eugen Sänger）提出了一种利用正电子湮灭能运行的“光子火箭”。自上世纪80年代以来，人们一直在谈论热反物质发动机，它将利用反物质加热液体、气体或等离子体来提供推力。

“这不是科幻小说，但我们不会看到它飞行，直到有一个重要的‘任务拉动’，”韦德谈到他的引擎概念。

它能起作用吗？

天体物理学家、“问太空人”播客主持人保罗·M·萨特（Paul M. Sutter）告诉媒体，要在星际飞船的规模上建造韦德的概念，“工程细节中有魔鬼”。

保罗·M·萨特说：“我们谈论的是一种能够利用大量能量的设备，需要精确的平衡和控制。”

总的来说，巨大的能量是阻碍我们实现太空旅行革命的另一个障碍。因为在测试过程中，“如果出现问题，这些都是大爆炸，”史蒂夫·豪（Steve Howe）告诉媒体，他是上世纪90年代在美国宇航局（NASA）从事反物质概念研究的物理学家。

“所以我们需要一种能力，在不威胁生物圈的地方测试高能量密度系统，但仍然允许我们开发它们，”史蒂夫·豪说，他认为月球将是一个很好的测试基地。“如果出了什么问题，你会融化月球的一部分，”而不是地球，他补充说。

反物质往往能激发每个研究反物质的人的想象力。萨特说：“但是，我们需要疯狂但合理的想法来进一步进入太空，所以值得研究。”

韦德也赞同这种观点，他说：“除非有一个令人信服的理由让我们尽快到达柯伊伯带、太阳引力透镜或半人马座阿尔法星，或者也许我们正试图返回大型小行星进行采矿，否则这一领域的进展将继续缓慢。”

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