最近,歐洲粒子物理實驗室的科學(xué)家們,在使用低能反質(zhì)子球形加速器做實驗時,生成一種反物質(zhì)元素——一束疾速消逝的反氫原子,證明了反物質(zhì)的真實存在和可以在實驗室中生成,為反物質(zhì)的實際應(yīng)用展示了可喜的前景。
反物質(zhì)是物質(zhì)的鏡像,是一種客觀存在的實體。大家知道,物質(zhì)是由原子組成的,原子又是由質(zhì)子、中子和電子組成。質(zhì)子帶正電,電子帶負電,中子不帶電,可是有一定的磁性。所謂物質(zhì)的鏡像,就是還有一種質(zhì)子是帶負電的,叫做反質(zhì)子;還有一種電子是帶正電的,叫做反電子;也還有一種磁性正好與前面所說的中子相反的反中子。這些反質(zhì)子、反電子、反中子,統(tǒng)稱為反物質(zhì)。反物質(zhì)和物質(zhì)真是“水火不相容”,一旦相遇,就會相互吸引,兩種物質(zhì)就會通過碰撞而全部轉(zhuǎn)化為光?茖W(xué)家研究指出,一克反物質(zhì)與一克物質(zhì)相互吸引,就會通過碰撞而湮滅,兩種物質(zhì)碰撞而湮滅時釋放出的能量,相當(dāng)于世界上最大的水電站12個小時發(fā)出的能量。
實驗表明,一個質(zhì)子和一個反質(zhì)子接近到十億分之一微米時,只需10~23秒的時間,就會相互湮滅,按照愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換理論,它們的質(zhì)量完全轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰苛。因此,在通常的物質(zhì)中沒有發(fā)現(xiàn)過反物質(zhì),即使在實驗條件下,反質(zhì)子也是一瞬即逝的。1956年,為了目睹反質(zhì)子的尊容,科學(xué)界動員了大量科研人員,耗費巨資,建造了方圓數(shù)公里的加速器,使用多種設(shè)備,終于將這對“反目成仇的兄弟”拉開了,成功地捕獲了反質(zhì)子。反質(zhì)子的產(chǎn)生,震動了科學(xué)界,使科學(xué)家知道反物質(zhì)的存在,引起了科學(xué)家對反物質(zhì)應(yīng)用研究的極大興趣。反物質(zhì)是最理想的恒星際宇宙飛船的能源。據(jù)科學(xué)家計算,只需一粒鹽大小的10毫克反質(zhì)子,就能產(chǎn)生相當(dāng)于200噸化學(xué)液體燃料推進劑,可輕而易舉地將巨型航天器送上太空?茖W(xué)家設(shè)想造一艘光子飛船,頭部裝一面巨大的凹面反射鏡,飛船開動時,燃料庫中的正物質(zhì)和反物質(zhì)分別被輸送到凹面鏡前面,在那里接觸,轉(zhuǎn)化為強烈無比的光,反射出去,就像氣體從火箭噴口噴出一樣,產(chǎn)生強大的反作用力,推動飛船前進,到恒星際的宇宙中去漫游。反物質(zhì)又是診病治病的能手。在醫(yī)療成像技術(shù)中,有一種類似CT的掃描,叫正電子輻射斷層照相術(shù),它的射線源就在體內(nèi),這種利用反物質(zhì)的發(fā)射式照相,能提供人體生理及化學(xué)的真實信息,準(zhǔn)確地診斷病情。由于反質(zhì)子能量釋放的速度和從體內(nèi)逸出的速度可以人為控制,因此,用反質(zhì)子產(chǎn)生的光束可代替X射線治療癌癥,能不偏不倚地擊中癌瘤,大大減輕周圍組織的損害程度,有效地治癌。
科學(xué)家還研究用反質(zhì)子給工業(yè)材料診治“病癥”,叫無損探測。它利用反物質(zhì)與物質(zhì)碰撞會產(chǎn)生熱量使材料溫度升高的特性,起到消除材料內(nèi)部疵傷和缺陷的奇異功效。
然而,要使反物質(zhì)獲得實際應(yīng)用,還必須克服許多困難。要知道,反物質(zhì)是在反質(zhì)子環(huán)形加速器中生成,現(xiàn)在每年作這方面研究大約生產(chǎn)了1014~1015個低能反質(zhì)子,而這些反質(zhì)子所占體積還不足一個小數(shù)點的三萬分之一。顯然,要想得到一克反物質(zhì),不僅技術(shù)上難度很大,而且至少要花10億美元的生產(chǎn)費用。再說,目前所有的儲藏用具都是正物質(zhì)做的,即使生產(chǎn)出較多的反物質(zhì),又怎樣才能保存和運輸呢?可是,科學(xué)家依然信心十足,他們認為,反物質(zhì)在未來可能是一種具有巨大爆炸力的炸藥;將反物質(zhì)懸掛在電磁鐵制成的集裝箱中,就可運送到所需的地方去;它將為科學(xué)的進一步發(fā)展開辟新的途徑。
(選自《科學(xué)大觀園》1996年5期)
1.對“反物質(zhì)”的表述正確的一項是
A.所謂“反物質(zhì)是物質(zhì)的鏡像”,意思是“反物質(zhì)”雖然在物質(zhì)世界客觀存在,但其并不具物質(zhì)實體。
B.物質(zhì)中存在一種帶正電的質(zhì)子反質(zhì)子,帶負電的電子反電子,還存在磁性與通常所說的中子相反的反中子,把這些反質(zhì)子、反電子、反中子統(tǒng)稱為“反物質(zhì)”。
C.“反物質(zhì)”存在形式獨特,它已不屬于物質(zhì)的范疇,“物質(zhì)世界”的叫法從此改變了。
D.“反物質(zhì)”與物質(zhì)不能共存,一旦相遇,就會發(fā)生碰撞而湮滅,同時釋放出能量。
2.下面的說法正確的一項是
A.科學(xué)界于1956年捕獲的反物質(zhì),是最早捕獲到的“反物質(zhì)”。
B.1克反物質(zhì)與1克物質(zhì)通過碰撞而湮滅時,所釋放的能量大于200噸液體燃料的推進劑。C.一個質(zhì)子和一個反質(zhì)子只有接近到十億分之一微米時才能相互湮滅。
D.光子飛船頭部的凹面鏡,主要是防止反物質(zhì)與其他物質(zhì)相互湮滅。
3.根據(jù)原文,下列推斷不正確的一項是
A.將“反物質(zhì)懸掛在電磁鐵制成的集裝箱中運送”,是為了避免反物質(zhì)與物質(zhì)之間發(fā)生相互湮滅。
B.“反物質(zhì)”得到實際應(yīng)用,還存在生產(chǎn)技術(shù)上的、經(jīng)費上的以及保存和運輸上的困難。
C.據(jù)科學(xué)家研究,“反物質(zhì)”這種超級能源可以運用到工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、航天、戰(zhàn)爭、生物合成等領(lǐng)域。
D.“反物質(zhì)”一旦得以廣泛應(yīng)用,可以在一定程度上緩解人類因能源短缺帶來的巨大壓力。
參考答案:
1.D(A項,“最早”說法不當(dāng),發(fā)現(xiàn)和捕獲到時間應(yīng)更早;C項,“只有”說法沒有根據(jù);D項,應(yīng)主要是為了通過凹面鏡人為控制物質(zhì)湮滅,并推動光子飛船前進。)
2.B(A項,原文有“是一種客觀存在的實體”句,“不具物質(zhì)實體”說法錯;B項,“帶正電”“帶負電”表述與原文相反;C項,廣義上的物質(zhì)分成“正物質(zhì)”“反物質(zhì)”,“反物質(zhì)”雖然與狹義的“物質(zhì)”相對,但仍屬于廣義物質(zhì)概念的范疇。)
3.C(文中沒有提到“生物合成”領(lǐng)域的運用。)