您的位置：>>>正文
科学家计划建造“激光反物质动力”星际飞船
　　据国外媒体报道，伊卡洛斯星际公司是一个致力于研究科学和技术使得人类在2100年进行真正意义上星际航行的非营利性机构，由星际协会与Tau Zero基金会发起，物理学家、博士后研究员理查德&奥伯塞（Richard Obousy）是该计划的联合创始人。虽然多位研究人员探讨关于人类进行星际航行，但这一使命并不受到很大的关注，这是因为按目前的宇航科技发展，进行星际旅行和返回任务需要相当长的时间跨度。
　　人类星系航行任务涉及宇宙飞船初始助推段、巡航段的技术问题，下一步将是抵达目标天体前的减速和围绕轨道运行阶段，期间科学家就进行科学数据的探测和收集。最后，宇宙飞船将启动第二阶段的加力推进段，目标为返回太阳系，再次经过加速段的星际巡航后需要进行减速，而今被太阳引力捕获。伊卡洛斯星际航行计划是对未来载人恒星际航行的预演，原则上可以将宇航员安全返回地球。
　　科学家进一步发现反物质可以提供密度最高的能量源，非常适合于进行恒星际航行。此外，该反物质反应释放能量是自发性的，不需要任何复杂的反应堆系统或者笨重的启动程序进行诱导反应的进行。一种反物质火箭动力系统的可能性技术涉及到施温格电子偶产生的量子效应，目前我们通过实验探索到宇宙中所有已知形式的能量，宇宙可被准确描述为是一种量子场域。每个真空行为的模式就像一个简谐波振动发生器，简谐振动的量子机械属性是基态波动的展现，作为海森堡不确定性原理的一个结果。
　　当反物质不断积累到足够的量时，宇宙飞船就有了返航时的燃料供应，以满足回程时加速段和减速段的动力需求，科学家认为这是一种未来用于人类恒星际航行探索的可能方法。但其中有一个关键性且独特的因素，即科学家建议可通过电场创建质子-反质子对，通过额外电场自发形成粒子的机制已经应用于当代的粒子物理学领域，包括对黑洞量子蒸发、黑洞附近形成电子-正电子的研究。虽然本项研究还处于较早的发展起步阶段，但是已经有相关论文得到发表，如2011年公布的《星际探索飞船系统：从真空到反物质火箭的研究》。
　　基于该理论研制出来的宇宙飞船动力系统在进行恒星际航行的加速段和减速段所消耗的燃料可以大大减少，仅飞船自身携带的燃料就可以满足。在抵达目标恒星系统后，宇宙飞船将会自动计算出一个稳定的公转轨道，通过巨大的太阳能电池板作用该阶段的能量供应，科学家设计的太阳能电池板面积将达到数百平方英里。恒星光的能量将被转换为激光能量，并通过施温格电子偶产生量子效应从真空中创建反物质。
　　如同经典物理学中我们所相信的那样，真空并不缺乏物质和能量，但这也是量子效应活跃的舞台。在狄拉克发现描述电子运动的相对论性量子力学方程之后，一位诺贝尔奖得主、物理学家朱利安施温格尔（Julian Schwinger）意识到一个足够强的电场可创造出正负电子对。当激光强度大于某一临界值时，真空两极分化可诱发电子偶产生，然而实现该过程的前提条件是需要强大的电场。目前的实验室研究进展使得人们对其增加的希望，发现了激光可以很快帮助我们实现这个非常关键的电场。
　　最近，国家航空航天局开始研制太阳探测器，这是第一个可飞入日冕进行探索的探测器，科学家为其设计了一条超级加速路线，通过金星引力进行七次加速，使得该探测器的速度可达到令人惊讶的每秒125英里，是旅行者1号探测器速度的7倍以上，如果按这个速度进行星际航行，只需要6450年就可以抵达另一颗恒星。尽管这是一个令人难以置信的成就，但目前宇航推进技术发展进行恒星际航行，在巡航时间上足以消耗一代人的时光。
　　如果仅按由俄国火箭专家齐奥尔科夫斯基推导的齐奥尔科夫斯基火箭方程进行研制恒星际宇宙飞船的动力系统，我们将发现星际航行的挑战变得更加明显。通过这个方程可以发现可获得恒星际航行的必要速度，火箭喷射速度被控制在光速之下，以及巨大的质量比和质量流量比。
　　伊卡洛斯星际航行工程的研究涉及到星际介质的研究，对目标行星系统、行星科学领域的探索，其中包括了另一个行星系统中存在的行星以及大型卫星、小行星等，更重要的是天体生物学领域的研究将发现可能存在的可居住行星。虽然该计划令人兴奋，但是其主要的挑战依然是如何解决在最短的时间内进行最大航程的航行。美国国家航空航天局在1977年发射了旅行者1号探测器，目前是飞行最远的人造物体之一，目前的速度超过了每秒10英里，约为每小时3.6万公里。即使是这样令人难以置信的速度，也需要花7万年才能抵达距离太阳系最近的恒星。
责任编辑：陶文冬
请选择您浏览此新闻时的心情
24小时点击排行
12345678910
24小时跟帖排行
环球今日推荐
环球时报系产品后使用快捷导航没有帐号？
人类”一类文明“之后的二类文明有多先进，能点燃恒星
查看: 267|
能够运用整个恒星的能量的II类文明，可能会像《星际迷航》剧中的那种行星联邦，只是没有那种“卷曲引擎（warp drive)”。它们已经在银 河系中的一小块区域进行殖民，能够点燃恒星，因此够得上一个新兴的n类 文明。为了充分利用太阳的输出能量，物理学家弗里曼戴森猜测说，n类文明可能会建造一个巨大的球体围绕着太阳转，以便吸收它的光线。例如，这一文明将能够把一个木星大小的行星解体，把它的质量配置在一个围绕 太阳转的球体中。由于热力学第二定律，这个球体最终会热起来,发射出特有的 红外线，从外太空可以看得到。二类文明有可能对在它们太阳系中的一些行星进行殖民，甚至有可能启动 一个计划来开发恒星际旅行。由于n类文明能够掌握的资源非常多,它最终有 可能开发出一些奇异形式的推进力，例如为它们的星际飞船装上反物质/物质推进器，使接近光速的航行成为可能。从理论上来讲，这种形式的能源具有100% 的能源效率。在一类文明的水平上，这在实验中也是可以做到的，只是昂贵得令人却步。对于n类文明将会怎样运转，我们只能猜测。然而，它将有几千年的时间来 把财产、资源和权力方面的争端理清楚。n类文明有可能永不消逝。有可能，科学已知的任何东西都不能毁灭这种文明，唯一的可能，或许是其居民自己做出了疯狂的举动。彗星和陨星将被改道；气候格局被改变，避免了冰河期;甚至在受 到邻近的超新星爆炸威胁时，也只需放弃自己的本土行星，把整个文明迁移出伤害范围之外就可以了——乃至有可能对垂死恒星的热核反应机制进行修改。
说到UFO这话题许多人都会盲目的否认它，这主题被主流嘲弄。 人们被培训将其视为媒体的
射下UFO的苏军士兵被幸存的外星文明变成石头。
一份解密的美国中情局（CIA）报告透
在过去的几年，已经报导过许许多多为了探索51区的神秘前仆后继甘冒危险擅闯禁区而遭
&&& &&版权所有
Powered by握住科学钥匙 打开科学之门
高冷范儿的反物质究竟是个什么鬼？
日中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室利用超强超短激光，成功产生反物质——超快正电子源。诶？反物质，反物质…好像从那里听说过……还记得在《达芬奇密码》姊妹篇《天使与魔鬼》的情节主线。在影片中，仅仅含有0.25克反物质的炸弹就足以将梵蒂冈从地球上抹去。
哇！太可怕了！没错，从理论上说，不到500克反物质的破坏力超过世界上最大氢弹的威力。怪不得叫反物质原来注定是个大反派！
额……你这么说还是不了解什么事反物质，就让小编来给你科普一下！
反物质介绍
世界上的物质都是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由带正电的原子核以及围绕它旋转的负电电子构成的，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。
反物质就是正常物质的镜像，它是相对于物质存在的，正常原子由带正电荷的原子核构成，核外则是带负电荷的电子。但是，反物质的构成却完全相反，它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。爱因斯坦预言过反物质的存在。按照物理学家假想，宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质，而两者一旦接触便会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。然而，出于某种原因，当今世界主要由物质构成，反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难，是物理学界所面临的一大挑战。
1928年英国物理学家狄拉克首先从理论上提出了存在反物质的假说，1932年美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子的存在。
什么正啊反啊，原子，电子，侄子的？
是质子……
好吧！那反物质究竟有什么用？
反物质的用途
物质和反物质接触会发生湮灭，在湮灭时会产生巨大的能量，并且不会像核弹那样产生放射线污染，所以被认为是一种最理想的清洁能源。首先，一小“滴”便可维持美国纽约全天所需能量，其次，反物质将是一种潜在的燃料来源，正常情况下，释放1公斤湮灭反物质和正物质所释放的能量是燃烧1公斤碳氢化合物释放能量的20亿倍，或者是1公斤核裂变反应堆燃料释放能量的1000多倍。
现在科学家们正在研究反物质动力火箭飞船，从地球抵达最邻近的毗邻恒星只需要6年时间，这个恒星距离地球4.2光年，这样推算的话这艘反物质动力飞船可达到光速的70%。在美国科幻片《星际迷航》里，宇航员把反物质用作星际飞船燃料。
哦！那么就抓紧制造！咱们冲出太阳系，走起！
反物质的捕获
额……反物质，正常物质的反状态，极不稳定而几乎不存在于自然界。研究人员8年前在实验室里制成反物质，但这些反物质一接触容器壁便瞬息湮灭。抓不住，便无从加以深入研究。不过，近日欧洲核子研究中心研究员首次成功“抓住”这种反物质，首先科学家们先制造出一个特殊的磁场，科学家称之为磁瓶，利用反氢原子具有“少许磁性”的特性，在磁瓶中制造反氢原子，这样就像个指南针，能够利用磁场探知它们的存在，然后，设法让反氢原子温度降至0.5开氏度，相当于零下272.65摄氏度、即接近绝对零度，使反氢原子处于低能量状态。如果反氢原子运动得不至于太快，那么就算被"抓住"了，不过，研究人员首次捕获的成果为38个反氢原子，持续时间为五分之一秒。这等数量的反物质不足以让一只100瓦灯泡发光二十亿分之一秒，更别提用作于动力推进了。
这不白忙活了，还是老老实实的充电卡吧……
中科院上海光机所早在2001年就开始超强超短产生正负电子对的理论研究，提出利用强激光和纳米薄膜靶相互作用产生正负电子对，获得“反物质——超快正电子源”将对激光驱动正负电子对撞机等具有重要意义。未来，在高能物理、材料无损探测、癌症诊断领域有应用前景，由于其脉宽只有飞秒量级，可使探测的时间分辨大大提高，研究物质性质的超快演化。在这里我们也祝贺中科院上海光机所的科学家们，取得了这么大的成果！
你们辛苦了！
不过你知道吗？最开头提到的这则新闻里，其实“反物质”并不是唯一的科学成果，“超强超短激光”也是大有文章啊！这个咱们下次再聊~
其实，你知道吗？中国对于反物质的研究贡献还不止如此，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”。其实，他们可以凭借这项成果获得诺贝尔奖的，不过……有兴趣的朋友自己了解吧~~
科普中国出品，中国科学院计算机网络信息中心监制，北京赛恩奥尼文化传媒有限公司制作
作者： 北京赛恩奥尼文化传媒有限公司
[责任编辑: 宋金玉]
超快正电子源,原子核,反物质登录人民网通行证 &&&
产生反物质的激光有多强？
日12:08&&来源：
出品：科普中国
制作：寒木钓萌团队
监制：中国科学院计算机网络信息中心
近日，“上海光机所利用超强超短激光成功产生反物质”这则新闻广为传播。这是国内首次报道利用激光产生反物质。不过，很多网友在被“反物质”一词吸引的同时，却忽略了背后另一个更重大且更有意义的成就――中国在“超强超短激光”上的一些突破。
什么是超强超短激光？
不少人第一眼看到“超强超短”会对其发生误解。超强很好理解，而超短，不少人容易把其理解为“距离上的长短”，但实际上，这里的“短”是时间上的长短。
大功率激光是各国寐以求的，因为，它能干的事实在是太多，比如军事爱好者们所熟知的激光武器，还有制造人工可控核聚变所需条件等等。
激光武器击中火箭并爆炸的瞬间
耗资数十亿美元的美国“国家点火装置”中使用的燃料球，他们使用192门激光在十亿分之一秒的时间内同时发射并击中铅笔头大小的燃料球，从而引发核聚变。
然而，大功率激光并非那么容易产生，并不是说给一个激光设备提供的能量越大，激光的功率就会越大。显然，单纯地提供大能量以进一步提高激光的功率现在已经变得很难，造价也越发昂贵。
我们知道：功率=功/时间=w/t
既然在“功”上突破已经很昂贵且很难，那么，我们就从“时间”上来突破。
显而易见，相同的功，做功时间越短，功率就会越大。当时间趋于无穷小时，功率就会趋于无穷大。
1瓦特（功率）=1焦耳/1秒。
对于1焦耳的能量来说，如果我们把激光的脉冲时间从1秒缩短到0.1秒，那么我们就得到了10瓦的功率。
如果从1秒缩短0.001秒，我们就得到了1000瓦的功率。
同理，如果缩小到1皮秒呢？那么我们就得到了1,000,000,000,000瓦的功率（1万亿瓦）。
对于普通大众来说，1万亿瓦的功率其实已经大到了不可思议。然而，我国造出的超短激光脉冲，在时间尺度上是飞秒级别，其功率比上面的1万亿瓦还要多3个0，达到了1000万亿瓦的级别。
相信，研究激光的业内人士每天说“飞秒”、“阿秒”的次数绝对比很多人每天说“秒”的次数还要多，为此，我们先用一张表格来温故一下时间的量级：
我国造出的激光脉冲，在时间上短到飞秒级别，对应的激光也称为“飞秒激光”。1000万亿瓦等于1拍瓦（PW,105W），中科院上海光学精密机械研究所（以下简称上海光机所）的激光设备，其功率达到了5拍瓦。
它能产生很多极端条件
超强超短激光功率如此的大，以至于，它能产生很多极端条件，而这些条件只有在恒星内部或是边缘才能产生。
一、超强的光强
目前，超强超短激光所能获得的最高光强为1022瓦/平方厘米。这是一个多大的光强呢？如果我们把地球上接收到的太阳总辐射同时聚焦在一根头发丝粗细的尺度上，获得的光强也只有1021瓦/平方厘米。
二、超高的能量密度
超强超短激光目前可以达到 3×1010 焦耳/立方厘米，这相当于是在1立方厘米的小体积内爆炸20吨的TNT炸药。
三、超强的光压
光会产生压力，这就是光压，也叫辐射压。还在科幻中的“太阳帆”就是以此为动力。太阳产生的光压很小很小，但是超强超短激光产生的光压接近大气压的1万亿倍。
科幻设想中的太阳帆
它有哪些应用？
超强超短激光产生的这些极端条件非常有用。其实，只要想一想就能明白，各国的粒子加速器，包括耗资巨大的、发现上帝粒子的欧洲大型强子对撞机，它们的目的都是为了制造出各种极端能量的粒子，迫使粒子加速并对碰，从而借此探索宇宙的奥秘。
欧洲大型强子对撞机。
而超强超短激光可以产生如此多的极端条件，那么其应用当然也是非常广泛的。
例如，超强超短激光能产生超强的电场，利用这个电场可以加速粒子，现在，用激光加速粒子的相关实验，无论是国际上，还是我国的上海光机所等等，都在进。如果实验未来获得突破，那么超强超短激光将会让未来的各种直线加速器小型化，同时成本降低。
中科院上海光机所此次还制造出了反物质，也就是正电子，它有什么用？
众所周知，只有当光子从树叶上反射并进入我们的眼睛时，我们才能看到那片树叶。而很多航空所需要的重要材料，其被生产出来，或者使用过以后后，我们很想了解其内部的微观结构、缺陷状态等信息，但又不能破坏材料本身，怎么弄？当然得使用无损探测。
而超强超短激光可以在材料内部制造出反物质，也就是大量正电子，这些正电子与材料内部的电子发生湮灭，于是，电子的全部质量转变成，并以伽马光子射出，检测这些光子，我们也就间接地探测到了材料的内部情况。利用正电子湮没技术可以对材料内部进行原子尺度的缺陷和损伤进行探测。
超强超短激光产生正电子示意图
以上，只是超强超短激光的两个应用，未来，也许我们会发现，以上只是两个小应用而已。根据上海光机所所长李儒新研究员在“2015年国际光年报告会”上的介绍，2020年，在超强超短激光领域，可能实现以下梦想：产生尺度的光束并应用于显微和存储；基于激光的超精密钟用于测量宇宙基本常数；激光聚变获得较大突破，人类获取清洁可持续能源迈出很大的一步；从飞秒激光发展到阿秒激光（阿秒脉冲），并以此探测电子的运动和化学反应。
无疑，超强超短激光的应用将会非常广泛，正如美国学术杂志《科学》上的一篇分析文章指出“这项工作将影响每一项研究，从聚变到天体物理。”
各国争相发展
超强超短激光早就成了国际上的研究热点和竞争重点。早在10年前，就有10个国家和地区的30个科研机构联合向欧盟提出“极端光设施计划”，此项计划预计耗资8.5亿欧元，其目标是产生200拍瓦的超强超短激光。
还在施工中的极端光设施计划
极端光设施计划完工后会是这样
正因为各大国都在争相发展此项技术，所以，我们有充分的理由相信，未来，我们将陆续听到它带来的很多新应用，甚至是某些领域的革命。超强超短激光，它已然走在造福人类社会的路上了……
参考资料：
一、超强超短激光及其应用新进展（李儒新 冷雨欣 徐至展）
二、浅谈超强激光光源及其应用（李儒新）
“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国移动端出品，转载请注明出处。&
(责编：张帆、杨磊)
推荐阅读白春礼：把党治国理政成功经验作为科技创新的行动指南
日上午，中国科学院在京举行纪念建党九十五周年表彰大会。中科院党组书记、院长白春礼出席并发表讲话。白春礼要求中科院各级党组织和广大共产党员，把党治国理政的成功经验作为推动科技创新的行动指南，在推进“四个率先”目标的创新实践中勇于担当历史使命，做出应有贡献。
6月“科学流言榜”发布 吃素不得心脑血管病列榜首
六月“科学流言榜”今天发布，“吃素不得心脑血管病”位列榜首。“每月科学流言榜”由北京市科学技术协会、北京地区网站联合辟谣平台、北京科技记者编辑协会共同发布，得到中国科普作家协会科技传播专业委员会、中国晚报科学编辑记者学会、上海科技传播协会的支持。}