最近,歐洲粒子物理實驗室的科學家們,在使用低能反質子球形加速器做實驗時,生成一種反物質元素——一束疾速消逝的反氫原子,證明了反物質的真實存在和可以在實驗室中生成,為反物質的實際應用展示了可喜的前景。
反物質是物質的鏡像,是一種客觀存在的實體。大家知道,物質是由原子組成的,原子又是由質子、中子和電子組成。質子帶正電,電子帶負電,中子不帶電,可是有一定的磁性。所謂物質的鏡像,就是還有一種質子是帶負電的,叫做反質子;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。這些反質子、反電子、反中子,統稱為反物質。反物質和物質真是“水火不相容”,一旦相遇,就會相互吸引,兩種物質就會通過碰撞而全部轉化為光�?茖W家研究指出,一克反物質與一克物質相互吸引,就會通過碰撞而湮滅,兩種物質碰撞而湮滅時釋放出的能量,相當于世界上最大的水電站12個小時發出的能量。
實驗表明,一個質子和一個反質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,按照愛因斯坦的質能轉換理論,它們的質量完全轉變為能量了。因此,在通常的物質中沒有發現過反物質,即使在實驗條件下,反質子也是一瞬即逝的。1956年,為了目睹反質子的尊容,科學界動員了大量科研人員,耗費巨資,建造了方圓數公里的加速器,使用多種設備,終于將這對“反目成仇的兄弟”拉開了,成功地捕獲了反質子。反質子的產生,震動了科學界,使科學家知道反物質的存在,引起了科學家對反物質應用研究的極大興趣。反物質是最理想的恒星際宇宙飛船的能源。據科學家計算,只需一粒鹽大小的10毫克反質子,就能產生相當于200噸化學液體燃料推進劑,可輕而易舉地將巨型航天器送上太空�?茖W家設想造一艘光子飛船,頭部裝一面巨大的凹面反射鏡,飛船開動時,燃料庫中的正物質和反物質分別被輸送到凹面鏡前面,在那里接觸,轉化為強烈無比的光,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。反物質又是診病治病的能手。在醫療成像技術中,有一種類似CT的掃描,叫正電子輻射斷層照相術,它的射線源就在體內,這種利用反物質的發射式照相,能提供人體生理及化學的真實信息,準確地診斷病情。由于反質子能量釋放的速度和從體內逸出的速度可以人為控制,因此,用反質子產生的光束可代替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。
科學家還研究用反質子給工業材料診治“病癥”,叫無損探測。它利用反物質與物質碰撞會產生熱量使材料溫度升高的特性,起到消除材料內部疵傷和缺陷的奇異功效。
然而,要使反物質獲得實際應用,還必須克服許多困難。要知道,反物質是在反質子環形加速器中生成,現在每年作這方面研究大約生產了1014~1015個低能反質子,而這些反質子所占體積還不足一個小數點的三萬分之一。顯然,要想得到一克反物質,不僅技術上難度很大,而且至少要花10億美元的生產費用。再說,目前所有的儲藏用具都是正物質做的,即使生產出較多的反物質,又怎樣才能保存和運輸呢?可是,科學家依然信心十足,他們認為,反物質在未來可能是一種具有巨大爆炸力的炸藥;將反物質懸掛在電磁鐵制成的集裝箱中,就可運送到所需的地方去;它將為科學的進一步發展開辟新的途徑。
(選自《科學大觀園》1996年5期)
1.對“反物質”的表述正確的一項是
A.所謂“反物質是物質的鏡像”,意思是“反物質”雖然在物質世界客觀存在,但其并不具物質實體。
B.物質中存在一種帶正電的質子反質子,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,把這些反質子、反電子、反中子統稱為“反物質”。
C.“反物質”存在形式獨特,它已不屬于物質的范疇,“物質世界”的叫法從此改變了。
D.“反物質”與物質不能共存,一旦相遇,就會發生碰撞而湮滅,同時釋放出能量。
2.下面的說法正確的一項是
A.科學界于1956年捕獲的反物質,是最早捕獲到的“反物質”。
B.1克反物質與1克物質通過碰撞而湮滅時,所釋放的能量大于200噸液體燃料的推進劑。C.一個質子和一個反質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,主要是防止反物質與其他物質相互湮滅。
3.根據原文,下列推斷不正確的一項是
A.將“反物質懸掛在電磁鐵制成的集裝箱中運送”,是為了避免反物質與物質之間發生相互湮滅。
B.“反物質”得到實際應用,還存在生產技術上的、經費上的以及保存和運輸上的困難。
C.據科學家研究,“反物質”這種超級能源可以運用到工業生產、醫療、航天、戰爭、生物合成等領域。
D.“反物質”一旦得以廣泛應用,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,發現和捕獲到時間應更早;C項,“只有”說法沒有根據;D項,應主要是為了通過凹面鏡人為控制物質湮滅,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,廣義上的物質分成“正物質”“反物質”,“反物質”雖然與狹義的“物質”相對,但仍屬于廣義物質概念的范疇。)
3.C(文中沒有提到“生物合成”領域的運用。)