Die Energie von Antimaterie ist unvergleichlich! Wie „begreifen“ wir es?

Die moderne Wissenschaft geht davon aus, dass bereits eine kleine Menge Antimaterie enorme Energie freisetzen kann und somit die ideale und perfekte Energiequelle darstellt. Wenn diese Energie von KB-Molekülen erfasst würde, wären die Menschen auf der Welt dann nicht in Schwierigkeiten? Viele Menschen sind besorgt über die sich verschlechternde Lage in der Welt, beispielsweise im Nahen Osten.

Der Grund, warum Antimaterie die Energieobergrenze darstellt, liegt darin, dass Antimaterie und Materie bei einer Kollision vernichtet werden. Was ist Vernichtung? Es ist einfach im Nichts verschwunden. In dem kurzen Moment der Vernichtung von Materie und Antimaterie kommt es zu einer gewaltigen Explosion, die die gesamte Energie der kombinierten Masse aus Materie und Antimaterie freisetzt. Die Gesamtenergiemenge entspricht Einsteins Masse-Energie-Gleichung: E=mc^2, was bedeutet, dass die Energie gleich der Masse der Materie multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat ist.

Das heißt, wenn 1 Gramm Materie mit 1 Gramm Antimaterie kollidiert, wird die gesamte Energie von 2 Gramm Materie freigesetzt. Gemäß der Masse-Energie-Gleichung können 1,8^14 J (Joule) Energie freigesetzt werden, was der Energie von 50 Millionen Kilowattstunden Strom oder der Explosion von 43.000 Tonnen TNT entspricht.

Wenn Menschen jetzt den Mars erreichen wollen, müsste das Raumschiff mehrere zehn Millionen Tonnen chemischen Treibstoff verbrauchen, während die Antimaterieenergie nur im Grammbereich gezählt werden kann. Was für eine enorme Revolution und ein enormer Fortschritt das ist.

Die sauberste und effizienteste Energie, die die Menschheit entdeckt hat und zu nutzen versucht, ist die Kernfusion. Wenn diese enorm kraftvolle Energie für die gesellschaftliche Produktion und das Leben genutzt werden kann, wird die menschliche Zivilisation eine neue Ebene erreichen. Allerdings beträgt die Umwandlungsrate dieser Energie von Masse in Energie lediglich 0,7 %, was nicht einmal ein Bruchteil der Umwandlungsrate von 100 % bei der Vernichtung von Antimaterie und Materie ist.

Daher ist die Vernichtung von Materie und Antimaterie eine perfekte Umwandlung von Masse und Energie, und nach der Umwandlung bleiben keine Spuren auf der Welt zurück, das heißt, es gibt keine Verschmutzung. Wenn diese Energie für das Überleben und die Entwicklung der Menschheit genutzt werden kann, wird sie sicherlich die Obergrenze der Energienutzung darstellen.

Gibt es also Antimaterie auf dieser Welt?

Natürlich ist das so. Wissenschaftliche Untersuchungen haben bewiesen, dass alle Elementarteilchen, aus denen die gesamte Materie der Welt besteht, ihre Antiteilchen haben. Wissenschaftler haben im Labor Antimaterie eingefangen. Obwohl diese Antimaterie derzeit nur auf atomarer und subatomarer Ebene vorkommt, reicht sie aus, um zu beweisen, dass Antimaterie tatsächlich existiert.

Die sogenannte Antimaterie ist die Materie, die der positiven Materie in unserer Welt entgegengesetzt ist. Dieser Gegensatz besteht nicht im Aussehen, sondern im Wesen, in seiner inneren Zusammensetzung. Beispielsweise besteht alle sichtbare positive Materie aus Atomen und Atome bestehen aus Atomkernen und Elektronen. Die Protonen im Kern sind positiv geladen, und die Elektronen, die sich um den Kern bewegen, sind negativ geladen. Wenn sich die positiven und negativen Ladungen gegenseitig aufheben, wird die Materie elektrisch neutral. Obwohl Antimaterie ebenfalls aus Atomen besteht, ist ihr Atomkern negativ und ihre Elektronen positiv geladen, was genau das Gegenteil von positiver Materie ist.

In unserer Welt ist Antimaterie praktisch überall. Beispielsweise setzen sowohl der menschliche Körper als auch Bananen Positronen frei. Eine Banane kann täglich 19 Positronen freisetzen. Das liegt daran, dass sowohl der menschliche Körper als auch Bananen geringe Mengen Kalium-40 enthalten, ein natürlich vorkommendes Kaliumisotop, das beim Zerfall Positronen aussendet.

Die in der Medizin zur Krebserkennung eingesetzte Positronen-Emissions-Tomographie (PET) nutzt das Prinzip der Antimaterie. Die vom Instrument erzeugten Positronen vernichten sich beim Kontakt mit menschlicher Materie und erzeugen Gammastrahlen. Durch die Erfassung und Analyse dieser Gammastrahlen können Ärzte den körperlichen Zustand der untersuchten Person erkennen.

Doch die allgegenwärtige Existenz von Antimaterie bedeutet nicht, dass sie leicht zu gewinnen ist. Mit anderen Worten: Die Gewinnung von Antimaterie ist sogar noch schwieriger, als in den Himmel aufzusteigen. Derzeit entwickelt sich die Luft- und Raumfahrtindustrie weltweit rasant und Landungen auf dem Mond und dem Mars werden zur Realität. Doch die wissenschaftliche und technologische Gemeinschaft hat alles versucht und kann kein einziges Gramm Antimaterie gewinnen, nicht einmal ein Milligramm.

Erstens: Da es in unserer Welt zu wenig Antimaterie gibt, kann sie nur in subatomarer Form existieren. Zu den bisher entdeckten Antimaterieteilchen gehören Antiwasserstoffatome, Positronen, negative Protonen, Antialphateilchen (Antihelium-4) usw. Die schwerste Antimaterie ist Antihelium-4, das 150,5 Billionen Billionen Teilchen benötigt, um 1 Gramm Masse zu bilden.

Nun werden diese Antiteilchen fast alle künstlich unter Verbrauch enormer Energiemengen erzeugt und die erzeugte Zahl wird in Einheiten berechnet.

Zweitens ist es äußerst schwierig, Antimaterie zu konservieren, da positive Materie überall auf unserer Welt vorhanden ist. Antimaterie vernichtet sich sofort nach ihrer Entstehung mit positiver Materie und kann nicht einmal eine Millisekunde lang existieren.

Wissenschaftler haben sich den Kopf zerbrochen, um die von ihnen gesammelten Antimaterieteilchen zu konservieren und herzustellen. Derzeit müssen mindestens zwei Bedingungen geschaffen werden, um den eingefangenen Antimaterieteilchen einen etwas längeren Verbleib in dieser Welt zu ermöglichen.

Die beiden Bedingungen sind: Erstens müssen wir versuchen, die Temperatur dieser Teilchen auf 0,5 K zu senken, was minus 272,65 Grad Celsius entspricht, also extrem nahe am absoluten Nullpunkt, sodass sich diese Antiteilchen in einem Zustand niedriger Energie befinden und sich langsam bewegen, selbst wenn sie „gefangen“ werden; Die andere Möglichkeit besteht darin, den schwachen Magnetismus dieser Teilchen zu nutzen, um eine Magnetfeldfalle, auch Magnetfalle oder magnetische Flasche genannt, zu erzeugen und diese Antiteilchen darin zu binden. Sie können mit keiner Materie in Berührung kommen, so dass sie kaum überleben können.

Warum sagst du, dass du nur knapp überleben kannst? Da diese Technologie so kompliziert ist, ist es äußerst schwierig, diese Partikel für längere Zeit in der Magnetfalle zu konservieren. Wissenschaftler haben jahrzehntelang hart daran gearbeitet, doch die Speicherzeit von Antiteilchen hat sich von den anfänglichen 0,17 Sekunden auf die aktuellen 1000 Sekunden erhöht und kann nicht mehr verlängert werden. Dieser Zeitraum kann nur einige Forschungsanforderungen erfüllen. Wenn es auf 30 Minuten verlängert werden kann, kann es den meisten Forschungsanforderungen gerecht werden.

Dennoch können wir für die Forschung nur wenige Teilchen einfangen und sind noch weit davon entfernt, sichtbare Antimaterie zu erhalten. Laut einschlägigen Informationen haben Wissenschaftler auf der ganzen Welt enorme Ressourcen mobilisiert, unzählige Gelder ausgegeben und jahrzehntelang geforscht, doch die Gesamtmenge der gewonnenen Antimaterie beträgt lediglich 15 Nanogramm oder 1,5 Milliardstel Gramm. Die durch die Vernichtung all dieser Antimaterieteilchen erzeugte Energie reicht nicht aus, um eine Tasse Wasser zum Kochen zu bringen.

Mit der der Menschheit derzeit zur Verfügung stehenden Technologie ist die einzige Möglichkeit zur Erzeugung von Antimaterieteilchen die Nutzung des Large Hadron Collider. Wissenschaftlichen Berechnungen zufolge würde ein Large Hadron Collider tausend Jahre brauchen, um ein Mikrogramm Antimaterie zu produzieren. Um ein Gramm Antimaterie zu produzieren, sind allein für den Stromverbrauch 2,5*10^16 kWh Strom erforderlich. Wenn die Stromkosten auf 1 Yuan pro kWh berechnet werden, betragen die Stromkosten allein für die Produktion eines Gramms Antimaterie 250 Billionen Yuan, wobei die erstaunlichen Betriebskosten wie Arbeitskräfte und Materialressourcen nicht eingerechnet sind.

Was ist das Konzept? Das weltweite BIP wird im Jahr 2022 etwa 100 Billionen US-Dollar betragen, was etwa 730 Billionen RMB entspricht. Die Stromkosten zur Herstellung eines Gramms Antimaterie betragen das 34-fache des weltweiten BIP. Das heißt, selbst wenn alle Menschen auf der Welt nichts essen, trinken, Kleidung tragen oder in einem Haus leben, müssen sie dennoch 34 Jahre lang jeden Tag arbeiten, um ein Gramm Antimaterie zu produzieren.

Solange es keinen Durchbruch bei den bestehenden Theorien und Technologien gibt, wird die Vision der Menschheit von der Nutzung von Antimaterie nur ein Traum bleiben und nie verwirklicht werden. Daher ist die Sorge, dass Terroristen in den Besitz von Antimaterie gelangen und diese terroristische Energie zum Töten von Menschen einsetzen könnten, zum jetzigen Zeitpunkt völlig unnötig.

Es scheint, dass die Nutzung von Antimaterie nur eine unrealistische Fantasie ist. Ist es für Wissenschaftler nicht eine Verschwendung von Zeit und Geld, dieses Forschungsthema weiter zu verfolgen?

Ich glaube nicht, denn es gibt noch viele unbekannte Bereiche in unserer Welt, und Antimaterie ist eine dieser unbekannten Welten, die noch erforscht werden müssen. Dieses Problem könnte mit dem ultimativen Mysterium des Universums zusammenhängen. Die Klärung dieser Frage wird für die zukünftige Ausrichtung und den Fortbestand der menschlichen Zivilisation eine entscheidende Rolle spielen.

Nur weil wir Antimaterieenergie jetzt nicht nutzen können, heißt das nicht, dass wir sie in Zukunft nie nutzen können. Solange wir aktiv forschen und erforschen, werden wir eines Tages in der Lage sein, es herauszufinden und für die menschliche Zivilisation zu nutzen.

In unserer Welt ist die Menge an Antimaterie extrem gering. Gibt es in unserem Universum also große oder sogar planetengroße Antimateriemengen? Dieser Punkt ist in der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer noch ziemlich umstritten. Nach Jahren der Erkundung und Forschung herrscht derzeit Einigkeit darüber, dass es zumindest im Universum in beträchtlicher Entfernung von uns keine großen Mengen Antimaterie gibt, da sonst unser Sonnensystem und die Erde in Gefahr wären.

Im April 1997 gaben amerikanische Astronomen bekannt, dass sie mithilfe eines Gammastrahlen-Erkennungssatelliten eine Antimateriefontäne 3.500 Lichtjahre über der Milchstraße entdeckt hätten. An der Untersuchung waren auch chinesische Wissenschaftler beteiligt, die Ergebnisse konnten jedoch letztlich nicht bestätigt werden.

Der Nobelpreisträger und chinesisch-amerikanische Wissenschaftler Samuel Ting war daran sehr interessiert und verfolgte es eifrig, wobei er den Rest seines Lebens in diese Forschung vertiefte. Unter seiner Beteiligung schickten die USA im Juni 1998 mit dem Space Shuttle Discovery das Alpha-Magnet-Spektrometer ins All, um gezielt im Universum nach Antimaterie zu suchen.

Es gibt jedoch keine verlässlichen Beweise dafür, dass es im Universum große Mengen Antimaterie gibt, und die Erforschung dieser Materie ist noch nicht abgeschlossen. Einige Wissenschaftler glauben, dass, selbst wenn es im Universum tatsächlich eine Antimateriewelt oder Antimateriegalaxie gibt, diese mindestens 35 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist.

Selbst wenn sich in Zukunft die Existenz einer 35 Millionen Lichtjahre entfernten Antimateriewelt bestätigen ließe, wäre ihre Nutzung noch immer ein unerreichbarer Traum.

Dies liegt daran, dass die menschliche Raumfahrttechnologie noch in einem sehr primitiven Stadium steckt: Die bemannte Raumfahrt ist noch nicht in der Lage, der Schwerkraft der Erde zu entkommen. Selbst wenn eine unbemannte Sonde die Schwerkraft der Erde verlassen würde, würde es Zehntausende von Jahren dauern, bis sie allein aus der Schwerkraft des Sonnensystems herausfliegt. Der Radius des Gravitationskreises des Sonnensystems beträgt nur ein Lichtjahr. Selbst wenn in Zukunft Raumfahrzeuge erfunden würden, die mit Lichtgeschwindigkeit oder sogar unter Lichtgeschwindigkeit fliegen können, würde es immer noch mehr als 35 Millionen Jahre dauern, um zu einem 35 Millionen Lichtjahre entfernten Ort zu fliegen.

Erst wenn die menschliche Zivilisation den Punkt erreicht, an dem sie mithilfe der Raum-Zeit-Faltungstechnologie Reisen mit Warp-Geschwindigkeit oder das Durchqueren von Wurmlöchern erreichen kann, wird es möglich sein, derartige Raum-Zeit-Erkundungen über große Entfernungen zu realisieren. Dennoch ist es äußerst schwierig, das Problem zu lösen, wie man sich dem Antimateriebereich nähern kann, ohne vernichtet zu werden, und wie man eine große Menge Antimaterie sammelt, konserviert und nutzt.

Natürlich könnten all diese Sorgen auf der groben Erkenntnis beruhen, dass sich die menschliche Zivilisation noch immer auf einem niedrigen Niveau befindet. Sobald wir die zweite Ebene der Kardaschow-Zivilisation durchbrechen oder sogar die dritte Ebene erreichen, wird es theoretisch einen großen Durchbruch geben. Vielleicht wird dann die Nutzung von Antimaterie kein Problem mehr sein.

Laut Kardaschew-Index liegt die menschliche Zivilisation derzeit lediglich auf dem Niveau von 0,73. Wissenschaftliche Vorhersagen zeigen, dass es noch weitere 200 Jahre dauern wird, bis sich eine Zivilisation der Stufe 1 entwickelt. es wird mindestens 5.000 Jahre dauern, bis sich eine Zivilisation der Stufe zwei entwickelt; und wie lange es dauern wird, bis sich eine Zivilisation der Stufe drei entwickelt, ist noch immer ein unbekannter und weitreichender Prozess. Daher glaube ich, dass es mindestens 5.000 Jahre dauern wird, bis die Menschheit in der Lage ist, Antimaterie im großen Maßstab zu nutzen.

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