反物质的科学：1克价值420万亿元的物质

1. 反物质的科学：1克价值420万亿元的物质

就生产成本而言，世界上最昂贵的物质无疑是反物质。据美国宇航局（NASA）估计，制造一克的反氢原子所需成本高达62.5万亿美元（约合人民币420万亿元），但一些科学家认为成本最终可能会降到每克50亿美元（约合人民币340亿美元）。反氢是最简单的反物质形式，制造其他的反元素会更加昂贵。迄今为止，只有少量的反氢原子被制造出来的，但仅用于科研目的，属于非卖品。那么，为什么反物质如此昂贵呢？
什么是反物质？
反物质的组成与物质相同，但却具有相反的电荷和自旋。这些物质是由反粒子组成的，反质子和反中子组成了反物质的原子核。物质的原子核周围绕着带负电荷的电子，而反物质的原子核周围则是绕着带正电荷的正电子。因此，本质上，物质和反物质是完全相同的，但电荷和自旋恰好相反。
如何制造反物质？

制造反物质没那么容易，需要消耗巨大的能量。根据因斯坦的质能方程：E = mc^2，质量只不过是一种极度密集的能量，这意味着物质可以转化为能量，能量也可以转化成物质。例如，在我们太阳的燃烧过程中，每秒钟有6亿吨的氢转化为5.95亿吨的氦和500万吨的能量！
为产生反物质，需要通过粒子加速器（如大型强子对撞机）把亚原子粒子加速到接近光速，然后把它们撞向金属块或者让它们互相碰撞。在这种剧烈的碰撞过程中，将会释放出大量的能量，其中一些转化为物质和反物质。之后需要用特殊的装置来捕获反物质，因为它们一旦与物质接触就会发生湮灭。综合这些因素，使得反物质成为世界上最昂贵的东西。

关于反物质的一些有趣的事实
1）人类只产生了极少量的反物质
如果把人类制造的所有反物质同时湮灭，释放出的能量甚至不够烧开一杯水。科学家在大型强子对撞机上花费数十亿美元，才能获得极少量的反物质（十亿分之几克）。
2）反物质近在咫尺
少量反物质以宇宙射线和高能粒子的形式不断地从太空降落到地球上。此外，我们的身体中含有钾-40，它在衰变过程中会释放出正电子，这意味着正电子正从你身上发出来。

3）反物质用于医疗领域
正电子发射断层扫描（PET）是一种先进的临床成像技术，它使用正电子来产生人体内部的高分辨率图像。
4）反物质是人类已知最昂贵的物质
据估计，1克反氢原子的成本高达62.5万亿美元（约合人民币420万亿元），当之无愧的天价物质。
5）反物质与物质湮灭释放出巨大的能量
1克反物质与1克物质互相湮灭，释放出的能量相当于40千吨当量的核武器，这差不多是广岛原子弹的2.5倍。鉴于此，反物质有望成为未来星际旅行的高效燃料。然而，以目前欧洲核子研究组织的技术，制造1克的反物质需要1亿年以及1000万亿美元。

2. 反物质是什么？一克价值62.5万亿美元，核能在它面前不值一提

一克价值62.5万亿美元的反物质，是全宇宙爆炸威力最大、能量释放最彻底的物质，且没有之一，这其实也是1克反氢原子的成本，制造出它基本居然可以让一个大国破产!那么，它在宇宙中究竟是什么样的存在呢？
     
 过去很长一段时间里，人们甚至无法确定反物质是否真的存在，1928年，英国科学家保罗·狄拉克，向全人类道出了反物质的存在，4年后，一位科学家证明了他说的话是真的。说个不太恰当的比方，反物质跟普通物质的关系，就像是“互为相反数”，一旦正反物质相遇，就会发生湮灭，最后除了能量啥都不会剩下，因为所有的能量都以光子的形式释放出去了，或者说，这是一种比核武器还要可怕的力量，原因就在于它的能量转化效率为百分之百，如果说人类真的能拥有一把反物质武器，它的杀伤力一定会相当惊人。
     
 那么，它们究竟在哪呢？在地球的大气层里，当高能宇宙射线经过这里时就会生成反物质，只是它的产量太过稀少，以至于它几乎瞬间就会和正物质抵消了，发现这一幕后，科学家再次意识到和距离成功永远只剩50年的可控核聚变相比，反物质才这种神奇的力量才是最理想的终极能源。根据质能方程，能量等于质量乘以光速的平方。我们能计算出，一克反物质暴露在空气里，或是和正常物质有所接触，它在瞬间湮灭直接会伴随释放出，相当于4.3万吨TNT爆炸的能量。而“小男孩”的设计当量也才2万吨！比起核弹的“小打小闹”，虽说反物质的威力不会把地球怎样，但足以动摇地球，引发全球范围内的次生灾害。
     
  美国NASA的计算结果表明，假设有17克反物质和正常物质相遇了，它释放的能量，基本可以让飞船来到4.22光年外的比邻星，这个过程里它跑得比核聚变飞船还要快，远远超过了旅行者一号的速度。可惜的是，如此厉害的反物质，物理学家现在只能在高能对撞机里，短暂撞出粒子级别的反物质，在极少数情况下，他们能够借助电磁陷阱，将反粒子困在磁场中，这是位于欧洲核子中心的大型强子对撞机，你可能知道它是世界上最昂贵最复杂的科学装置之一，它满负荷工作时，每分钟大约可以产生近一千万个反质子，听上去很多是吗？但事实是这个产量实在不够看，按照这个速率的话，人类想要生产1克反物质大约需要1千亿年，更让人头疼的是，人类要如何存储反物质，毕竟一旦它遇到正物质，反物质就会湮灭，所以人们需要让反物质和正物质完全隔绝，以至于当前地球上存储的反物质，其实还不够烧开一杯水。那么，你们觉得，现实随意掌控反物质对于人类而言，是否是个好消息呢？

3. 一克价值62.5万亿美元的反物质，在宇宙中到底是什么物质呢？

中国一线城市的房价怎么样，你可能觉得有点贵，但是和反物质相比，那么点钱就不值一提了。
反物质是世界上最昂贵的物品，每克价格是62.5万亿美元（1克反氢原子的成本）！而2018年中国的GDP总量只有13.2万亿美元左右！
反物质是什么?
很多人应该都好奇这么贵的东西到底是什么！事实上，在过去很长一段时间里，人们都不确定反物质是否确实存在。
1928年，英国科学家保罗·狄拉克预言了反物质的存在。四年后，另一位科学家证明了这是真的。

反物质是由与普通物质相同但带相反电荷的粒子组成的。世界上的每一个粒子都有一个相反的反粒子。
反物质是正常物质的对立面，更具体地说，反物质的亚原子粒子具有与正常物质相反的性质，这些粒子的电荷是相反的。
为了更好地理解反物质，我们需要对物质有更多的了解。物质由原子组成，原子是氢、氦或氧等化学元素的基本单位。
每个元素都有一定数量的原子:氢原子只有一个原子、氦有两个原子等等。
原子的宇宙是复杂的，真正的探索才刚刚开始。然而，从一个简单的角度来看，原子内部有被称为电子、质子和中子的粒子。

图为：带相反电荷的电子
反粒子
在原子的核心，也就是原子核里，有质子(带正电荷)和中子(带中性电荷)。通常带负电荷的电子占据着原子核周围的轨道。轨道的变化取决于电子被“激发”的程度(也就是说它们有多少能量)。
根据美国宇航局的说法，反物质的电荷与物质相反。反电子(称为正电子)的行为像电子，但带正电荷。反质子，顾名思义，是带负电荷的质子。
这里要说明的是，反物质不是反引力，虽然还没有得到实验的证实，但现有的理论预测，反物质对重力的作用与正常物质相同。

反物质在哪里
NASA称，这些反物质粒子(被称为“反粒子”)是在大型粒子加速器上产生和研究的，比如欧洲核子研究中心(CERN)运营的大型强子对撞机。
粒子对撞机每天都会产生反粒子。在这些对撞机中，粒子束加速到高速碰撞(与目标或彼此碰撞)，喷出一堆更奇特的粒子(包括反粒子)，不过通常是短暂的存在。
在大爆炸后的最初时刻，只有能量存在。随着宇宙的冷却和膨胀，物质和反物质的粒子产生的数量相等。至于为什么现在物质占主导地位仍是个未解之谜。
有一种理论认为，在宇宙诞生之初，产生的正常物质要多于反物质，因此即使在相互湮灭之后，仍有足够的正常物质留下来形成恒星、星系和我们人类。

图为：用电磁陷阱储存反粒子
反物质是如何存储的?
粒子与其反粒子之间的任何接触都会导致它们立即湮灭，它们的质量会转化为纯粹的能量。因此，为了包存储反粒子，你必须把它们从所有粒子中分离出来。
通过使用电磁陷阱将粒子限制在磁场中，使它们不会与其他粒子接触，从而有可能存储带电的反物质粒子，如反质子。这些陷阱一般可以容纳大约10^12个相同电荷的反粒子。
然而，相同电荷的粒子相互排斥，所以陷阱中存储的粒子越多，就需要越多的能量来驱动存储它们的磁场。目前还不可能储存大量的反质子。

对于电中性的反粒子或反原子，情况就更困难了。用恒定的电场或磁场来包含中性反物质是不可能的，因为这些电场对粒子根本没有影响。
科学家们正在研究使用“磁瓶”(磁场不均匀作用于磁矩)或“光学陷阱”(使用激光)的想法，但这仍在研发中。
反物质的用途
最常听说的反物质作用应该是未来航天技术，用于更远的星际旅行，还有就是用于制作反物质武器，还有就是它们的研究价值。

图为：影视作品中的反物质容器
如果你喜欢科幻小说和电影的话，你肯定听说过它们，在《天使与魔鬼》中，0.25克反物质炸弹就足以将梵蒂冈从地球上抹去，而《星际迷航》中的飞船动力来自反物质。
当反物质粒子与物质粒子相互作用时，它们相互湮灭并产生能量。这使得工程师们推测，未来以反物质为动力的宇宙飞船可能是探索宇宙的一种有效方式。
不过NASA警告说，这个想法有一个巨大的陷阱:制造一毫克反物质需要大约1000亿美元。虽然用更少的反物质就能进行研究，但这只是应用所需的最低限度。

要想在商业上可行，这个价格必须下降约1万倍，另外，制造反物质所消耗的能量远远超过反物质与物质反应所产生的能量。
原子弹把原子核的结合能转换成自由能。结合能是原子质量的一部分(质量=能量)，所以基本上总质量的一小部分转化为自由能。
而在物质与反物质的碰撞中，所有的质量都转化为能量。通过E=mc^2就能算出这个能量有多恐怖。
反物质炸弹的作用并不是等于毁灭人类，因为地球随时都有可能受到小行星的撞击，而反物质武器或许可以决绝这个问题。

图为：星际迷航中的宇宙飞船
最后
因为物以稀为贵，在自然界中目前没有发现反物质，只能在粒子加速器中创造。而且存储极其困难。
另外它和物质结合带来的纯能量，据说只要不到17克反物质燃料就能让宇宙飞船航行到离我们最近比邻星（4.22光年）。
虽然，目前这个昂贵的物质还没法使用（有研究价值），但许多人还是认为它是有未来的！许多专家甚至认为反物质可以帮助我们发现和治疗癌症的方法。
参考资料
How is antimatter contained.Angelsanddemons
百度百科.反物质
Live Science Staff.What is Antimatter.livescience.2014.6.20