反物质武器antimatter weapon

我是夏雯静

反物质发现
1986年
特 点
能量密度高、爆炸威力大
原 理
极少量物质同它的反物质相互作用
1986年首次发现反物质，由于极少量的物质同它的反物质相互作用，能够释放出极大的能量。可用作热核爆炸的扳机，或者激励出极强的X射线或γ射线激光，反物质研究成为目前各国研究的重点。它是目前核武器中最强、最重要的一种。美国费米国立加速器研究所，法国和瑞士合建的欧洲研究中心，俄罗斯高能物理研究所都在做此研究。中国的反物质研究所始于80年代初，由世界著名的核物理学家、反物质发现者赵忠尧担任技术顾问，因此西方称他为"中国反物质武器之父"。
世界上的物质都是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由原子核以及围绕它旋转的电子构成的，而原子核是由质子和中子所构成的。科学家后来又发现，质子和中子是由更小的粒子所构成的，这种更小的粒子被称为夸克。迄今，科学家已发现了物质结构的5个层次，即“夸克→核子→原子核→原子→分子”，以及300多种基本粒子。大千世界无奇不有的物质，就是由多种多样的基本粒子构成的。

反物质(antimatter)是由反粒子(antiparticle)构成的物质。科学家已经证明，构成世界万物的基本粒子都有一个反粒子——与自己“长得”一模一样但“秉性”相反的“镜像物”。比如，电子带负电、质子带正电，而带正电的电子和带负电的质子就是反粒子，前者称为反电子，后者称为反质子。像氢原子，就有由反质子和反电子组成的反粒子——反氢原子，而由反氢分子组成的反氢物质，就是氢物质的反物质。

反物质的应用

目前反物质主要的应用范围于军事武器（包括美国自称的“防御手段”）。未来反物质公认的身份将是“燃料”以及“弹药”；相信在未来会出现“反物质太空基地”、“反物质太空飞船”以及“反物质防护罩”等。反物质因未研究彻底，所以还有很多的未知数。
早在1928年，英国剑桥大学教授保罗·狄拉克就预言了带相反电荷粒子的存在。4年后，美国科学家卡尔·安德森发现了正电子——它是人们发现的第一个反粒子。其实我国在美留学生赵忠尧才是第一个观测到正反物质湮灭的人，也是物理学史上第一个发现了反物质的物理学家。1930年10月他在美国的《物理评论》杂志上发表一篇论文，这个发现足以使赵忠尧获得诺贝尔奖，当时瑞典皇家学会也曾郑重考虑过授予他诺贝尔奖。不幸的是，有一位在德国工作的物理学家对赵忠尧的成果提出了疑问，虽然后来事实证明赵忠尧的结果是完全准确的，错误的是提出疑问的科学家，但这却影响了赵忠尧的成果被进一步确认。后来，科学家又陆续发现了反质子、反中子，找到了反介子、反超子、反夸克等许许多多的反粒子。我国著名核科学家王淦昌教授领导的小组在1959年也发现了一种称为反西格马负超子的反粒子。
三大“世纪之谜”触发了美国“反物质武器之父肯尼斯·爱德华兹的研究激情。爱德华兹说，三大“世纪之谜”中最著名的当数通古斯大爆炸——1908年6月30日凌晨，俄罗斯西伯利亚通古斯地区的森林里，突然发生了一次史无前例的大爆炸。其威力相当于1000枚原子弹同时爆炸，数百平方公里内的城镇与森林在爆炸中被毁灭。科学界迄今仍无法解释这次爆炸的原因。

另一次“世纪之谜”发生在1979年9月22日。当天，美国卫星拍到了西非沿海发生的一次强烈“核爆炸”。然而，当时只有美、苏、英等少数几个国家拥有核武器，西非发生核爆炸的原因迄今不明。

第三次“世纪之谜”发生于1984年4月29日晚10点。当时，一架日本班机飞抵美国阿拉斯加上空，副机长突然发现，飞机前方突然出现了一团巨大的“蘑菇云”，急速向四周扩散……在这条航线上飞行的其他三架飞机的机长也同时看到了这一怪象。然而，这四架飞机降落后，机上人员和飞机机体上并没有发现任何放射性污染的痕迹。

三大“世纪之谜”一直令科学界大惑不解，直到1986年科学界对反物质的研究有了突破性进展后，才有人提出：上述三次大爆炸可能是反物质发挥作用的结果。
经过将近十年的研究，2009年9月爱德华兹当天主持了一次代号为“反物质特攻－2008”的电脑模拟演习：201X年，一名美军士兵携一枚反物质定时炸弹潜入C国首都，在市中心临近C国总参谋部大楼的公共厕所内安装好后从容撤出。

军事行动开始后，反物质定时炸弹爆炸，C国总参谋部大楼和附属设施化为灰烬，而这名士兵所携的反物质炸弹只有五千万分之一克！随后，一枚反物质脉冲炸弹在C国电力和通信网络上空引爆，刹那间，该国的军事和社会活动彻底瘫痪……看得目瞪口呆的五角大楼高官惊叹：“几克重的反物质炸弹就能毁灭地球了！”

谣言

但也有人指出：网上流传的五千万分之一克摧毁大型设施，以及几克反物质摧毁地球纯属谣言，只是网络新闻为了增加关注度而编造出来的假消息。事实上五千万分之一克反物质湮灭在物理学中只能释放180焦耳的能量，连茅厕都摧毁不了，甚至不及一颗狙击弹的动能。而几克反物质湮灭并不比现在一颗中型战略核弹的威力要大。

原子弹和氢弹是早已广为人知的核武器。美国于1945年在日本广岛和长崎投掷的2颗原子弹，在广岛投掷的代号为“男孩”的原子弹是利用铀核裂变反应释放的能量制造的炸弹，称为铀弹。在长崎投掷的代号为“胖子”的原子弹则是利用钚核裂变反应释放的能量制造的炸弹，称为钚弹。中国爆炸的第一颗原子弹，也是利用铀核裂变反应释放的能量制造的炸弹，故同为铀弹。它们都属于第一代核武器。几年后，氢弹试验成功。氢弹是利用轻核(氘、氚)聚变反应释放的能量制造的炸弹，具有更大杀伤力，属于第二代核武器。原子弹和氢弹有五大毁伤作用，即冲击波、光辐射、贯穿辐射、放射性污染和电磁脉冲。

后来根据战术的需要，增强或减弱核武器某方面的毁伤作用，武器专家开发出了第三代核武器。例如：增强辐射的核武器——中子弹，增强冲击波的核武器——冲击波弹，增强放射性污染的核武器——感生放射性弹，增强X射线的核武器——X射线弹，减少放射性沉降物的核武器——弱剩余放射性武器，等等。美国正在积极发展威力小于5000吨TNT当量、借助精确制导技术摧毁地下指挥部和武器库的钻地核弹，它也属于第三代核武器，为了适应新的形势、满足现代战争的需要，武器专家们又在动脑筋开发研究第四代核武器。

世界万物都有“同性相斥、异性相吸”的共性。反物质也一样，它一旦遇上正物质，就与之“迅速结合、互相湮灭”。这种“湮灭”(annihilation)并非正反两种物质化为乌有而消失，实际上，它们的全部质量转变成能量释放了出来。按照著名的爱因斯坦质量能量关系式E=m·c^2可以计算出释放的能量：1毫克反物质“湮灭”放出的能量达到180兆焦耳，是普通炸药的100亿倍，比原子弹、氢弹的威力大得多。

反物质炸弹易于引爆。它不像原子弹那样必须达到临界质量，即使特别微小的质量也能造成爆炸：它也不像氢弹那样要求很高的爆炸点火温度。反物质炸弹还有一个很重要的优点，这就是它与原子弹、氢弹不同，爆炸后不残留放射性物质、不造成放射性污染。总之，反物质之所以被选来制造第四代核武器，主要原因有三：

①反物质武器能量密度高、爆炸威力大；

②反物质制造和利用的技术难度高、耗资大，一般国家不易掌握和实现，便于超级大国独自拥有；

③反物质武器虽然从性质上也属于核武器，但国际社会通常把它视作常规武器，因此不受禁止核试验条约的限制。

反物质武器炸药怎么制造?迄今为止，科学家还没有发现地球上有反物质存在，于是提出了两条获取反物质的途径：一是在实验室里制造，二是到宇宙中去寻找。


为了在实验室里制造反物质，科学家考虑，氢原子是构造最简单的原子，它的原子核中只有一个质子、核外只有一个电子，因此制造反氢原子相对容易。于是他们用粒子加速器使原子核与质子相撞，制造出反质子：从释放正电子的放射性衰变反应中收集正电子。

制造反粒子的另一个难题，是如何安全地贮藏和保存它。科学家想出了用磁场“陷阱”来束缚反粒子的方法。即高速原子核和质子相撞产生反质子之后，用减速器将其速度降低到光速的1/10，然后用高能磁场做“陷阱”将其束缚起来，再用电场将其速度进一步降低下来。另一方面，科学家们也用电磁场“陷阱”来减速由放射性衰变收集来的正电子。最终，减速了的负质子和正电子在电磁场“陷阱”中结合，形成反氢原子。

1995年，设想终于成为现实。世界上第一家反物质研制工厂一一位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心制造出了第一个反氢原子。在世界各地9个研究所39位科学家的通力合作下，到2002年底，已经制造出了约5万个反氢原子。但是反物质的产量离可使用量还有很大距离。

宇宙有反物质存在吗？从哲学角度来讲，这个问题很容易回答。我国古代的太极图似乎也暗示了它的存在，部分天文学家也认为有存在的可能，但现代天文学还拿不出令人信服的证据。否定反物质的人很多，美国宇宙学家施拉姆（Schramm）说：“大多数理论家的直觉，不存在反物质。这意味着如果你找到它，那是一个伟大的发现，证明这些理论家都是错误的。但是最大的可能是，这意味着你找不到它。”

目前，由丁肇中主持的这项研究已有16个国家的科学家参与其中，投入的资金更是高达1000多亿美元。许多科学家表示：只要能发现宇宙反物质的存在，那么这将是当之无愧的诺贝尔奖。该探测器已于2005年发射升空并永久停留在太空，东南大学还将建立一个数据接收分析中心和培训中心作为配套项目。丁肇中认为，如果反物质确实存在，当正物质与反物质碰撞时可以产生巨大的能量。他现在所主持的“寻找宇宙中的暗物质和反物质”的研究已进行多年，目前已取得一些重要成果。“但是，从这一领域发展的历史来看，人们要有思想准备，也许我们会发现意想不到的东西，与原先想研究的东西毫无关系。”丁肇中很慎重地表示。
天体有巨大的引力，在巨大的引力作用下，会发生各类反应，并发光发热。物极必反，拉普拉斯（P?S?Laplace）曾经大胆预言：宇宙中最大的天体有可能是看不见的。当引力随质量增大时，天体会变成一个一无所有的区域，既不发热，也不发光，现在我们称之为“黑洞”（Black Hole）。因此宇宙更多的是由不可见的暗物质或反物质组成，我们肉眼和天文仪器所能“看”到的只是以恒星或以星系形式存在的宇宙结构，这些物质只占宇宙总体的10%，90%的物质是以暗物质或其他结构形式存在。显而易见，对可见物质的巨大引力的存在表明了暗物质或反物质的存在。可是我们用光无法探测到，用红外线、紫外线和X光都无法探觅到它们的足迹。

同样的，对应着现存的星系结构体系，有由相反的反宇宙结构体系存在吗？其实早在1898年，一位英国物理学家就提出：与物质存在一样，有一个镜像对应的反物质存在。受当时科学水平和试验条件的限制，这个反物质概念没有一点事实依据，因此在宇宙深处存在由反物质组成的宇宙恒星云只能属于纯粹意义上的假说。

1997年科学家宣布发现了“银心反物质喷泉”极大地震撼了整个物理学界，使科学家们寻找反物质的热情一下子高涨起来。

1998年6月3日，由丁肇中教授发起的带有全球意义的寻找宇宙反物质事件，使得这一领域一度成为全球科学家最为关注的焦点。

到宇宙中去寻找反物质也决非易事。茫茫宇宙中哪里存在反物质?无人知晓。诺贝尔物理奖得者、美籍华人科学家丁肇中教授正在领衔实施一项到宇宙中去寻找反物质的国际太空反物质探索计划。到宇宙中去找反物质，需要先进的粒子物理传感仪。1998年，中国研制的传感仪·阿尔法磁谱仪由美国发现号航天飞机带到了太空；另一台新阿尔法磁谱仪计划在2008年组装完毕，搭载美国宇宙飞船升空，继续寻找反物质。

1997年4月，美国天文学家宣布他们利用伽马射线探测卫星发现，在银河系上方约3500光年处有一个不断喷射反物质的反物质源，它喷射出的反物质形成了一个高达2940光年的“反物质喷泉”。 一般储存反物质的储存系统，是动态的而不像其他的为静态的，储存系统内部通常都会具备自备的能源系统，和一些保护措施，其实反物质储存是一种构造非常精密的技术。 利用负物质的超排斥力，来压缩反物质，由于负物质会因为超排斥力绝对不可能和反物质接触，所以可以非常妥善封住反物质，这是最终的反物质储存方法，可以储存非常大量的反物质。
1、虽然威力巨大，但是其附带杀伤效应较小。新一代核武器强化了核反应中的部分杀伤效应，同时抑制了其他杀伤破坏因素的产生；

2、杀伤手段和杀伤破坏目标更为单一。新型核武器可以只利用爆炸产生的冲击波或是电磁脉冲或是其他的杀伤破坏因素，来攻击特定的目标或设备，令使用者在使用核武器攻击时有更大的选择余地，也更加灵活。

3、研究手段中高科技含量非常高。但是，因为反物质本身之谜还没有揭开，所以研制反物质武器仍然是任重而道远。要想把反物质武器从设想变为现实，还需要科学家们的不懈努力。反物质武器是一种以反物质作为能量，推进剂或爆炸物，拥有超强大力量的梦想武器。目前其还仅存在于科幻小说中。但美国空军已经对其可能的军事用途，包括毁灭性效果产生了兴趣。自从冷战开始，其就开始资助反物质相关的物理研究。其主要的理论优势是物质与反物质相撞会将100%质量转化成能量(高能伽玛射线)，而利用聚变反应的氢弹则大约是只有7%的质能转换。
制造反物质耗资巨大。目前，生产1微克反物质估计需要花费60亿美元。另外它的安全贮存也很困难，尽管科学家想出了强磁场“陷阱”的办法，目前还只能贮存10亿（10^9）个反电子——而制造1克反氢原子需要有6．023x10^23个反电子和同样数量的反质子。制造成功反物质

反物质粒子

武器炸药还有艰巨的路程要走，现在，反物质武器还只能是一种新武器概念。

折叠军事应用潜力

反物质的巨大军事应用潜力强烈吸引着军界。美国五角大楼对研制反物质武器很感兴趣，斥巨资加以研制，美国空军正在进行一项名为“革命性炸药”的反物质武器研制计划：美国洛斯阿拉莫斯和劳伦斯·利弗莫尔核武器研究所、费米研究所等许多单位也正在进行相关研究。俄罗斯从50年代的前苏联时期开始，就在其氢弹之父萨哈罗夫的领导下从事反物质武器的研制工作。当然，对于研制反物质武器一直存在着反对的意见、不时听到“暂停”的传闻，但基本的研究工作一直在继续。

反物质不仅可以作为武器的炸药，还可用来制造星际航行火箭、航天器、太空船的超级燃料。据计算，用数十毫克反物质作燃料推动太空船，6个星期就可以到达火星。
探索人类超级末日兵器的传说与现实反物质武器仿佛只是一个很遥远的梦想，反对者嘲笑它是纸老虎，一种“思想武器”，但事实是人类已经能够制造出反物质，而且“湮灭”不会产生辐射或污染，反物质炸弹将因此绕过全面禁止核试验条约，拥有它的国家可以在局部冲突中随意使用这种威力超过原子弹10000倍的超级炸弹。
在我们可以观测到的宇宙范围内，至今还没有发现反物质存在，也就是说，反物质在自然界是无法找到的。那么，想要获取反物质就只有在实验室里人工制造，或者是到宇宙空间中去寻找。

可以肯定的是，以人类现在的科技就已经可以制造出瞬间存在的反物质了。1996年1月，欧洲科学家利用粒子对撞机获得了9个反氢原子，但在亿分之三秒之后就分散成为反质子和反电子，但这仍标志着人类已经能够制造出反物质了。人工制造的反粒子往往很不稳定，而且研制成本高得吓人，据测算提取每一千亿分之一克需要花费掉60亿美元。由于技术难度太大，欧美各大武器公司寻求联手合作研制反物质武器。即使这样，因资金耗费巨大且收效甚微，反对声浪一直不绝，相关试验不时传出暂停的传闻。当然，事实上美国从来就没有真正停止过反物质武器的开发。

那么外层空间有现实的反物质可供人类利用么？1979年，美国科学家把一个60层楼高的巨大气球放到离地面35公里的高空，气球上载有一批十分灵敏的探测仪器。结果，它在高空猎取了28个反质子。这是在地球以外第一次发现反物质。理论上，茫茫宇宙中有无数的高速粒子，好比是一台天然加速器，可以在地球轨道或月球上建造大面积的收集装置接受空间中的反物质，大幅提高产量。不过到宇宙中去寻找反物质也并非易事，首先不知道哪里有，其次必须使用先进的粒子物理传感仪，而这类仪器大都过于笨重庞大，将其安装在天基平台上又会提出巨大的技术挑战和花费天文数字般的资金。

尽管难度很大，但神秘的太空的确能给人类无限的希望。如1997年4月，美国天文学家宣布他们利用伽马射线探测卫星发现，在银河系上方约3500光年处有一个不断喷射反物质的反物质源，它喷射出的反物质形成了一个高达2940光年的“反物质喷泉”。

诺贝尔奖获得者、美籍华人科学家丁肇中教授就是反物质研究方面的专家，他领导了国际太空反物质探索计划，共有美国、中国、俄罗斯等10多个国家（地区）亟37个科研机构参与其中。1998年6月2日，美国“发现”号航天飞机携带“阿尔法”磁谱仪发射升空，这次飞行的目的就是到宇宙中去寻找、捕捉反物质。“阿尔法”磁谱仪是专门设计用来寻找宇宙中反物质的仪器，依靠一个巨大的超导磁铁及六个超高精度的探测器来执行任务。虽然这次飞行没有什么收获，但采集到了大量富有价值的数据。而一台新的“阿尔法”磁谱仪也在2008年组装完毕，等待着搭载飞船升空，继续寻找反物质。

装撒旦的盒子

反物质的稳定储存也是个大问题。在欧洲，人们在实验中发现在磁场的作用下反物质是有可能得到保存的。于是科学家们尝试用磁场“陷阱”来束缚反粒子的方法，即高速原子核和质子相撞产生反质子后，用减速器将其速度降低到光速的十分之一，然后用高能磁场做“陷阱”将其束缚起来，再依赖电场将速度进一步降低下来。另一方面，科学家们也尝试用电磁场“陷阱”来减速由放射性衰变收集来的正电子。最终，减速了的负质子和正电子在电磁场“陷阱”中结合，即可形成较稳定的反氢原子。不过用这种办法只能贮存10亿个反电子，而制造1克反氢原子需要有6.023x10^23个反电子和同样数量的反质子，显然现在的成果还远远不够。

专家们指出，反物质不像普通物质，必须有强大的磁场能量来束缚。然而，强大并不可间断的磁场能量，不仅需要更加先进可靠的设备，更需要强大的电能来维持。反物质由于威力过于恐怖，因此要将其武器化、实用化，就必须保证万无一失的100%安全性，那么储存的技术风险就变得十分巨大，一旦失控，被毁灭的可能就不仅是使用者自己，而是一切。因此，反物质的储存问题未来也将成为其大规模使用所面临的最大障碍。