理论上反物质推进很好

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翻译：贺玉影

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：朱宸宇

https://www.universetoday.com/170107/antimatter-propulsion-is-still-far-away-but-it-could-change-everything/

长期以来，快速进入太空一直是推进力研究的目标。火箭是我们最常用的推进手段，它能提供强大的动力，但是效率极低。其他方案，如电力推进和太阳帆飞船，效率虽高但动力很小，尽管能供能很长时间。因此科学家们一直想要第三种推进方法——一种可以在足够长的时间内提供足够大的能量、在人类的寿命长度内为前往另一颗恒星的载人任务提供动力的方法。理论上讲，使用宇宙中最稀有的物质之一——反物质，就可以做到这件事。

阿拉伯联合酋长国大学的Sawsan Ammar Omira和Abdel Hamid I. Mourad发表了一篇新论文，探讨了利用反物质开发太空驱动器的可能性，以及这种推进器为何如此难以制造。反物质最初是在1932年发现的，物理学家卡尔·戴维·安德森（Carl David Anderson）通过将正电子穿越云室内观察到了宇宙射线中的正电子——电子的反物质形式。他因这一发现获得了1936年的诺贝尔物理学奖。首次人工制造出正电子花了20年。

从那时起，反物质就被科学家们用尽办法敲敲打打——包括物理意义上的“敲打”——结果却导致了反物质最著名的事迹——“自我湮灭”。当反物质质子与正常物质的质子或中子接触时，它们会相互湮灭，并释放出能量（通常以伽马射线的形式）和高能短寿命粒子，被称为π介子和k介子，它们恰好以相对论速度运动。

所以，理论上讲，飞船可以含有足够的反物质，用来故意制造湮灭爆炸，以相对论粒子作为推力，另外还可能利用伽马射线作为一个动力的来源。一克反质子湮灭释放的总能量为1.8 × 1014焦耳，比火箭燃料高出11个数量级，能量密度比核裂变或核聚变反应堆都高100倍。正如论文所说，“一克反氢在理想的情况下可以为23架航天飞机提供动力”。

这就让人想问——为什么我们还没有这种超强的推进系统呢？简单的答案就是：反物质很难使用。因为它碰到什么东西都会自我湮灭，所以必须被悬在一个先进的电磁控制场当中。科学家们能够做到这一点的最长时间是2016年在欧洲核子研究中心持续了约16分钟，而且那也只是寥寥几个原子的量级——不是支持星际推进系统所需的几克或几千克。

而且，制造反物质要耗费大量能量，所以成本高昂。欧洲核子研究中心的大型粒子加速器“反质子加速器”每年制造大约10纳克的反质子，耗资数百万美元。以此推算，生产一克反物质需要大约2500万千瓦时的能量，足够一个小城市一年的用电量。按照平均电费计算，它的成本也将超过400万美元，是地球上最费钱的事物之一。

考虑到这笔费用以及开展这项工作所需的大规模基础设施，反物质研究相对有限。每年约有100-125篇关于反物质的论文发表，相较于2000年一年才25篇，现在已有了戏剧性的提高。但，比一下，每年关于大型语言模型的论文约有1000篇，大型语言模型是一种比较流行的算法，可以支持目前的AI潮流。换句话说，总体支出和相对长期的回报限制了资金的数量，因此也限制了反物质创造和存储的进步。

这意味着，我们可能还需要很长的一段时间才能研制出反物质飞船驱动装置。我们甚至可能需要创造一些初步的能源生产技术，比如核聚变技术，这些技术可以大大降低能源成本、使进一步的研究成为可能。然而，以接近相对论的速度航行并在人的一生中到达另一颗恒星的雄心壮志是世界各地的太空和探索爱好者都将继续追求的，无论还要多久。

责任编辑：郭皓存

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图片来源：Seung Hye Yang

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