第276章 如果物质被反物质取代

2014  年加入  NASA  之前，她在  CNN  工作了六年。

很高兴来到这里，非常感谢邀请。

正如我和彼得开头所说，根据大爆炸理论，宇宙产生了大量能量、大量物质和大量反物质。

然后不知为何，物质占据了上风，我们才有了星系、行星、恒星，还有彼得、理查德和莉兹。

但反物质究竟去了哪里，依然是个巨大的谜团。

我肯定说得很粗略，所以这就是你来的原因。

能大胆猜测一下反物质去哪了吗？猜对说不定能得诺贝尔奖，还能和我、彼得一起分享。

正如你所说，有点像《生活大爆炸》片头曲里的歌词，我们的整个宇宙曾经处于炽热致密的状态。

大约  140  亿年前，宇宙开始膨胀。

这首歌里的描述其实很准确。

无论如何，在宇宙诞生的最初时刻，物质和反物质是等量产生的。

正如你所说，我们如今由物质构成，这本身就是个谜。

事实上，只需要万亿分之一的不平衡，物质比反物质多万亿分之一，就足以形成我们今天看到的宇宙。

至于是什么造成了这万亿分之一的差距，至今仍是个谜。

我没有特别的猜测，但欧洲核子研究中心的粒子物理学家们正在研究，究竟是什么物理过程导致了物质和反物质的不平衡，比如某些粒子的衰变。

女士们先生们，科学与历史正在揭开这个谜团。

我们都知道，分裂原子能产生巨大能量，我们由此发明了核能，最终还有核武器。

这和物质与反物质碰撞产生的能量相比如何？

你可能会惊讶，虽然我们身边看不到反物质，但其实存在极少量的反物质。

事实上，我带了一个反物质发生器，就是一根香蕉。

这根香蕉，其实任何一根香蕉，大约每  75  分钟就会产生一个反物质粒子。

哇哦。

这差不多是香蕉在我家放着变黑的时间。

所以就算把全世界的香蕉都聚集起来，也不足以产生科幻电影里那种爆炸。

这是因为香蕉里的钾元素吗？

没错，钾  -  40  是一种放射性同位素，这就是为什么大约每  75  分钟就会释放出一个反电子，也就是正电子。

但单个粒子，尤其是单个反物质粒子，不会存在太久，因为它会立刻遇到它的邪恶双胞胎  ——  普通电子，然后两者湮灭。

事实上，单个粒子湮灭不会产生任何明显效果，否则我们会一直看到闪光。

我们的身体也会产生微量的反物质。

但无论如何，你真的需要一克反物质。

如果你有一克物质和一克反物质，产生的爆炸威力相当于一颗核弹。

不过我们可以放心，收集一克反物质几乎是不可能的。

因为这些粒子存在时间极短，会不断与物质发生湮灭，很难捕获。

而且成本极高。

制造反物质为什么这么贵？

再强调一次，自然界中只有单个反物质粒子产生，并且在不到一秒的时间内就湮灭，所以很难大量聚集。

他们正在做的一些实验，比如瑞士欧洲核子研究中心的阿尔法实验，必须对这些粒子减速，并用某种磁场来捕获它们。

也就是必须用一个磁笼来聚集所有反物质，才能真正研究它们的特性。

即便如此，这个实验也是大型核研究组织欧洲核子研究中心的一部分。

欧洲核子研究中心还拥有大型强子对撞机，这是价值数十亿美元的全球最大科学实验，也用于研究反物质。

所以，正是因为可获取的反物质数量极其微小，任何有科学意义的研究都成本高昂。

人们研究制造反物质的原因之一，是可能用它来为宇宙飞船提供动力。

为什么反物质能成为太空探索的高效能源？

如果你能聚集大量反物质，让物质和反物质湮灭产生巨大爆炸，能量会极其强大。

一公斤反物质和一公斤物质相遇，威力相当于一千颗原子弹。

那能量确实巨大。

但同样，因为成本太高，目前几乎不可能利用反物质的能量。

我猜把它装在宇宙飞船上也相当危险。

反物质还有其他已知的实际应用吗？

有的，其实在医学领域非常有用。

我们有所谓的  PET  扫描，也就是正电子发射断层扫描，它实际上是利用反物质进行无创脑部扫描。

医生会给你注射一种含有放射性同位素的物质，就像香蕉含有放射性钾  -  40  一样。

你会摄入一种无害的、含有放射性元素的物质，当这种放射性同位素衰变时，会释放出反物质粒子。

这些粒子会与你的大脑发生相互作用，因为粒子数量极少，所以非常安全。

但效果足够显著，可以生成脑部扫描图像，有点像加强版的核磁共振。

当我听到反物质的解释，它本质上是物质的镜像对立面，旋转方向相反，正负属性颠倒。

深入了解的话，物质的上就是反物质的下，物质的黑就是反物质的白，诸如此类。

听起来有点像超人的比扎罗世界，或者很多科幻作品里的设定。

这难免让人好奇，我就很好奇，这听起来几乎和平行宇宙理论一样。

放在二三四十年前，这可能还是天方夜谭。

但如今，弦理论和多元宇宙理论在主流物理学中越来越被认可。

反物质会不会成为我们真正理解平行宇宙的第一个窗口？

简单来说，我们不知道。

目前没有确凿证据证明平行宇宙或其他事物存在。

但我们所知的每个粒子都有一个邪恶双胞胎，这一点确实很有趣。

理查德�9�9费曼有句名言，如果你在火星上遇到你的反物质双胞胎，千万别握手。

但目前，反物质对科学家来说最有趣的地方在于，它关乎一个根本性的谜团  ——  我们为何是现在的样子，我们为何存在。

因为理论上，如果物质和反物质数量相等，它们会全部湮灭，宇宙中就只剩下能量。

但正是那万亿分之一的微小差距，物质稍微多了一点，或许才解释了我们今天为何存在。

这听起来并不随机。

李水旺新一期视频——《黑洞》：

在太阳附近能做的所有事情，比如让各种天体绕其运行数十亿年，在黑洞附近同样可以做到。

黑洞的存在并不意味着它是一个会把东西吸进去的巨型吸尘器。

皮特，我知道你对黑洞略知一二。

正如开头所说，我们对黑洞的了解最多只是表面的，这就是为什么我们邀请专家来到节目，帮我们理解  ——  假如太阳系绕黑洞运行，会发生什么？

我真的不知道答案，我以为会被吸进去。。

这个问题听起来简单，我们不妨直接问，什么是黑洞？

这是一个在很多领域都会涉及的问题，因为我们会思考时空的本质。

黑洞本质上是时空的一种特殊状态，和我们过去认为的完全不同。

这是近一个世纪以来才被详细研究的内容。

简单来说，黑洞是宇宙中的一片区域，由于某种原因，引力极强，连光都无法逃脱。

比如我们想离开地球，会发射火箭进入太空，需要达到一定的速度，也就是逃逸速度，才能摆脱引力束缚。

宇宙中存在最快的速度，那就是光速。

如果一个天体的引力极强，逃逸速度超过光速，那么任何东西都无法逃脱它，这就是黑洞。

据我了解，黑洞有不同等级，就像温迪汉堡的点餐通道，有普通黑洞，还有超大质量黑洞，中号、三  A  级、双  A  级。

普通黑洞和超大质量黑洞有什么区别？

黑洞的神奇之处在于，从某些定义来看，它是极其复杂的天体，但从另一些定义来看，它又是宇宙中最简单的天体。

所以在某种程度上，你所说的不同类型黑洞之间的唯一区别就是大小。

有些黑洞的质量大约是太阳的几倍，它们由死亡的恒星演变而来，恒星不再像太阳一样发光，坍缩形成这种致密天体，所以质量和坍缩的物质直接相关。

而在大多数星系的中心，存在质量巨大的黑洞，达到普通恒星质量的数亿倍。

从某种意义上说，它们和较小的黑洞密切相关，还有中等质量黑洞。

我们中的一些人推测，自然界中也可能存在微观黑洞，各种形状和大小都有。

最近有个说法，认为人们对黑洞的一个认知是误区，那就是在科幻作品里，只要靠近黑洞就会被吸进去，无法挣脱。

事实并非如此，对吗？

完全正确。

你可以把黑洞看作，它的很多特性和任何大质量物质团块相似，只要距离足够远，在太阳附近能做的所有事情，比如让各种天体绕其运行数十亿年，在黑洞附近同样可以做到。

黑洞的存在并不意味着它是一个会把东西吸进去的巨型吸尘器，电影里经常这么刻画，让它看起来像某种故意作恶的庞然大物。

其实它只是和其他天体一样的引力天体，你可以在黑洞附近停留任意长的时间。

问题在于，当你靠近到某个最近距离，就算拥有全世界所有的动力，也无法逃脱，因为你无法超过光速离开，这个边界叫做事件视界。

存在一个最近距离，一旦越过，至少在经典物理学层面，就无法逃脱。

但只要不在事件视界内，理论上你可以靠近再离开，它不会把你吸进去。

那么今天的核心  “假如”  问题是，假如太阳系绕黑洞运行，这有可能吗？

从你所说的来看，行星或太阳系绕黑洞运行是有可能的，但能维持生命存在吗？

我猜大概率是可以的，我能想到几种可能实现的场景。

比如，我们先不考虑其他星球是否存在生命的问题，这并非不可能，我们在其他节目里也讨论过。

假设其他恒星周围存在类地行星，或者非类地行星，但存在生命。

那颗恒星可能处于双星系统中，也就是两颗恒星相互绕转，周围有行星环绕，你可以想象这样的系统。

也许其中一颗恒星变成了黑洞，过程中可能发生了超新星爆发这类灾难性爆炸，可能摧毁了附近所有生命。

但假设没有，那么这可能会成为生命的家园，虽然在我们看来很不寻常。

另一种可能是，某个拥有星际航行能力的物种，主动寻找黑洞并在其周围定居。

他们要么建造绕黑洞运行的天体，要么占据绕黑洞运行的行星物质，将其作为自己的恒星系统。

事实上，我们可以通过某种方式开采黑洞获取能量，黑洞会是最高效的能源之一。

只要能完成所需的工程技术，就可以利用它。

也许有超级先进的文明生活在黑洞周围。

如果之前问我，黑洞是不是像吸尘器一样吸东西，就像他生动描述的那样，我会说是的。

我们就是从电影和《星际迷航》里这么学来的。

但事实证明，黑洞的巨大质量只是产生引力，有人会觉得这只是说法不同，但我觉得这是很重要的澄清。

你学到了什么？

我学到了可以开采黑洞，这听起来太酷了。

我还想了解更多，所以稍后会继续问教授。

……

【卧槽！一根香蕉每75分钟产生一个正电子？童锦成你把全宇宙反物质浓缩到超市水果摊了？我直接笑喷加跪了！！】

【万亿分之一的不平衡才有了我们？那我们存在本身就是宇宙开挂啊！童锦成这波直接把我灵魂干懵逼！！】

【反物质双胞胎见面别握手？费曼这老哥太损了，童锦成你继续讲，我已经脑洞炸裂到火星了！！】

【黑洞不是吸尘器？！我从小被星际迷航骗了二十年，童锦成你今天把我的童年按在地上摩擦！！牛逼！！】

【太阳系绕黑洞运行还能活？高级文明直接把黑洞当发电站开采？这操作我服到五体投地啊！！！】

【想给童锦成生猴子！香蕉产反物质、PET扫描用正电子、黑洞还能住人，这科普脑洞大得像开了白洞！！】

【一克反物质+一克物质=一颗核弹？一公斤直接一千颗原子弹？童锦成你别讲了，我心脏要炸了！！】

【欧洲核子研究中心花几十亿就为了抓几个反粒子？科学家们也太卷了吧，童锦成这视频直接封神！！】

【黑洞附近停留随便停，靠近事件视界才完蛋？这澄清太爽了，老子以前看科幻片全白看了！！】

……


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