Gibt es Antimaterie wirklich? Wie teuer ist das? Wird es von Bösewichten dazu verwendet, die Menschheit zu vernichten?

Ich habe in der Vergangenheit oft über das Thema Antimaterie gesprochen, aber es gibt immer noch viele Freunde, die daran Zweifel haben. Die Hauptgründe lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Existiert Antimaterie wirklich? 2. Wie groß ist die Energie von Antimaterie? 3. Ist Antimaterie teuer? Wie viel ist es wert? 4. Werden Terroristen Antimaterie einsetzen, um der Gesellschaft und der Menschheit zu schaden?

Heute wird Space-Time Communications dieses Problem mit Internetnutzern besprechen, um es zu klären.

Lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, was Antimaterie ist und ob sie wirklich existiert.

Einfach ausgedrückt sind alle uns bekannten Substanzen positive Materie und bestehen alle aus Atomen. Ein Atom besteht aus einem Kern und extranuklearen Elektronen, und der Kern besteht aus Protonen und Neutronen. Jedes Proton im Kern trägt eine Einheit positiver Ladung, während das Neutron keine Ladung trägt. die Anzahl der Elektronen außerhalb des Kerns entspricht der Anzahl der Protonen im Kern, d. h. für jedes Proton gibt es ein Elektron außerhalb des Kerns und jedes Elektron trägt eine Einheit negativer Ladung.

Auf diese Weise heben sich die positive Ladung des Kerns und die negative Ladung des Elektrons gegenseitig auf und das Atom existiert elektrisch neutral. Wenn ein Atom oder eine Gruppe von Atomen ein oder mehrere Elektronen verliert oder gewinnt, entstehen geladene Teilchen, sogenannte Ionen. Ionen, die Elektronen außerhalb des Kerns verloren haben, sind positiv geladen und werden daher als positive Ionen bezeichnet. Ionen, die Elektronen außerhalb des Kerns aufgenommen haben, sind negativ geladen und werden daher als negative Ionen bezeichnet.

Antimaterie besteht ebenfalls aus Atomen, allerdings sind die Ladungen des Kerns und der Elektronen außerhalb des Kerns genau entgegengesetzt zu denen der positiven Materie, d. h. der Kern ist negativ geladen und die Elektronen außerhalb des Kerns sind positiv geladen. Unter den subatomaren Teilchen sind Antiprotonen negativ geladen, während Antielektronen, nämlich Positronen, positiv geladen sind.

Antimaterie und Materie existieren unabhängig voneinander. Wenn sie nicht kollidieren, wird nichts passieren. Aber wenn sie kollidieren, werden sie unvereinbar und explodieren wie Wasser und Feuer. Sie verschwinden nach einem Blitz. Dieses Phänomen wird als Annihilation bezeichnet und gleichzeitig wird enorme Energie freigesetzt.

Bereits 1928 sagte der britische Physik-Nobelpreisträger Paul Dirac voraus, dass jedes Teilchen ein Antiteilchen, etwa ein Antielektron, haben sollte, das zwar die gleiche Masse, aber entgegengesetzte elektrische Eigenschaften und Spinquantenzahlen besitzt. Daher gilt Dirac als der erste Wissenschaftler, der das Konzept der Antimaterie vorschlug.

Spätere wissenschaftliche Entdeckungen bestätigten Diracs Vorhersage und zeigten, dass Antimaterie im Universum weit verbreitet ist und sich in bestimmten Spezialgebieten sogar in großen Mengen ansammelt. Antimaterie ist auch in der uns umgebenden Natur weit verbreitet. Beispielsweise ist Kalium-40 im menschlichen Körper vorhanden. Dieses instabile Isotop setzt Positronen frei. Bananen enthalten auch eine kleine Menge Kalium-40. Eine Banane gibt etwa alle 75 Minuten ein Positron ab und kann täglich 19 Positronen freisetzen.

Sobald diese Positronen geboren sind, vernichten sie sich mit den negativen Elektronen in der unzähligen positiven Materie, die in unserer Welt existiert, sodass diese kleine „Antimaterie“ keine Wellen verursachen kann. Sie sollten wissen, dass sich in 1 Kubikzentimeter Luft 2,6875 × 10^19 Moleküle (ungefähr 2,7 Billionen) befinden. Die wichtigsten Gasmoleküle in der Luft sind Sauerstoff und Stickstoff. Jedes Sauerstoffmolekül hat 16 negative Elektronen und jedes Stickstoffmolekül hat 14 negative Elektronen.

Im Jahr 1995 produzierte die Europäische Organisation für Kernforschung in ihrem Labor die weltweit erste Charge von Antiwasserstoffatomen. danach haben viele Labore auf der Welt verschiedene Antiteilchen wie negative Protonen und Positronen hergestellt; Im Jahr 2011 arbeiteten chinesische und amerikanische Wissenschaftler zusammen, um die bis dahin schwerste Antimaterie herzustellen – das Antihelium-4-Atom.

Daraus lässt sich schließen, dass die Frage, ob Antimaterie existiert, kein Problem mehr darstellt. Es existiert in unserer Welt und kann künstlich erzeugt werden. Doch die von Menschen entdeckte und produzierte Antimaterie befindet sich bislang noch auf der Ebene atomarer oder subatomarer Teilchen, und das gesamte für das menschliche Auge sichtbare Stück Antimaterie wurde noch nicht gefunden.

Lassen Sie uns nun darüber sprechen, wie groß die Energie von Antimaterie ist.

Antimaterie ist die Substanz, die theoretisch mit der bislang größten Energie explodieren kann und nur streng nach Einsteins Masse-Energie-Gleichung umgewandelt werden kann: E=MC^2. Hier ist E Energie mit der Einheit J (Joule); M ist die Masse der Materie mit der Einheit kg (Kilogramm); C ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum mit der Einheit m (Meter).

Einsteins Masse-Energie-Gleichung ist eine der größten Entdeckungen der Menschheit im 20. Jahrhundert. Obwohl diese Formel sehr einfach ist, interpretiert sie eine tiefgründige Wahrheit: Masse und Energie können ineinander umgewandelt werden und sind gleichwertig, und es besteht eine eindeutige Äquivalenzbeziehung zwischen ihnen.

Allerdings ist die Umwandlung von Masse in Energie keineswegs einfach. Die größten Technologien zur Umwandlung von Masse in Energie, die der Mensch derzeit beherrscht, sind die Kernspaltung und die Kernfusion. Die Masse-Energie-Umwandlungsrate der Kernspaltung beträgt etwa 0,13 %, und die Masse-Energie-Umwandlungsrate der Kernfusion beträgt etwa 0,7 %. Diese scheinbar erbärmlich niedrige Umwandlungsrate erzeugt tatsächlich erstaunliche Energie, wie beispielsweise bei der Explosion einer Atombombe oder einer Wasserstoffbombe, was die unglaubliche Richtigkeit der Masse-Energie-Gleichung perfekt bestätigt.

Die Vernichtung von Antimaterie erfolgt beim Auftreffen auf Materie augenblicklich, wobei 100 % der Masse aller Materie in Energie umgewandelt werden, ohne dass dabei Abfall oder Reste entstehen. Man spricht daher von der perfekten Umwandlung von Masse und Energie. Darüber hinaus muss 1 Gramm Antimaterie vollständig mit 1 Gramm Materie vernichtet werden, sodass die Vernichtung von 1 Teil Antimaterie tatsächlich zur doppelten Energiemasse führen kann.

Gemäß Einsteins Masse-Energie-Gleichung können 1 kg Antimaterie und 1 kg Materie bei der Kollision eine Energie von 1,8*10^17 J erzeugen. Wie viel Energie ist das? Dies entspricht 50 Milliarden Kilowattstunden Strom oder der Sprengenergie von etwa 43,02 Millionen Tonnen Sprengstoff. Das entspricht der Kraft von mehr als 3.300 gleichzeitig explodierenden Hiroshima-Atombomben.

Daraus lässt sich schließen, dass die durch die Vernichtung von 1 Gramm Antimaterie und 1 Gramm Materie erzeugte Energie etwa 50 Millionen Kilowattstunden Strom entspricht oder der Sprengkraft von 3,3 Hiroshima-Atombomben entspricht, was nicht zu unterschätzen ist.

Wie teuer ist künstliche Antimaterie?

Man kann sagen, dass es auf der Welt keine wertvollere Substanz als Antimaterie gibt. Denn bisher befindet sich die gesamte Antimaterie, die Wissenschaftler weltweit in den letzten Jahrzehnten produziert haben, noch immer auf atomarer Ebene. Unter einem Elektronenmikroskop ist nur ein schwacher Schatten zu erkennen, der für das menschliche Auge immer noch unsichtbar ist.

Ein Beispiel: Fermilab verwendete einen Billionen-Elektronenvolt-Beschleuniger und mobilisierte 26 Jahre lang eine große Menge an wissenschaftlichen und technologischen Ressourcen und Energie, aber die Gesamtmenge der von ihm produzierten Antiprotonen betrug nur 15 Nanogramm oder 1,5 Hundertmillionstel Gramm. Die Gesamtmenge an Antimaterie wie Antiwasserstoffatomen, Antiprotonen, Antielektronen usw., die von allen Laboren der Welt produziert wird, überschreitet nicht 20 Nanogramm.

Die Kosten für die Herstellung von Antimaterie sind unkalkulierbar, da zahlreiche Wissenschaftler seit Jahrzehnten Geld dafür ausgeben, nur einige wenige Antiteilchen zu produzieren. Die aufgewendeten Forschungsmittel lassen sich zwar schätzen, die kostbare Energie, die die Wissenschaftler aufwenden, ist jedoch unbezahlbar. Wenn wir nur den Energieverbrauch für die Herstellung von Antimaterie berechnen, können wir sehen, wie teuer das ist.

Einige Experten haben berechnet, dass man, basierend auf der Menge an Elektrizität, die derzeit zur Herstellung von Antimaterie verbraucht wird, 2,5*10^16 Kilowattstunden (kWh) benötigt, um 1 Gramm Antimaterie herzustellen. Wenn jede kWh mit 1 Yuan berechnet wird, beträgt die Stromrechnung 250 Billionen Yuan, was etwa 360 Billionen Yuan in US-Dollar entspricht. Das weltweite BIP betrug im Jahr 2021 lediglich rund 94 Billionen US-Dollar, davon entfielen auf die USA rund 23 Billionen US-Dollar und auf China rund 18 Billionen US-Dollar. Dies bedeutet, dass selbst wenn die ganze Welt aufhören würde zu essen und zu trinken und den Gürtel enger schnallen würde, um Antimaterie zu produzieren, es 38 Jahre dauern würde, um 1 Gramm zu produzieren.

Daher ist nichts auf der Welt teurer als Antimaterie.

Werden Terroristen Antimaterie einsetzen, um die Menschheit zu vernichten?

Ich glaube, dass es zumindest in absehbarer Zukunft niemandem gelingen wird, die Welt mit Antimaterie zu zerstören. Der Grund dafür ist, wie bereits erwähnt, dass die Herstellung von Antimaterie zu schwierig und zu teuer ist. Egal wie reich ein Mensch auf der Welt ist, es ist schwierig, 1 Gramm Antimaterie zu erhalten. Die Energie, die durch die Vernichtung von einem Gramm Antimaterie gewonnen wird, entspricht mehreren Atombomben vom Typ Hiroshima. Diese Energiemenge kann in einem bestimmten Gebiet großen Schaden anrichten, reicht jedoch bei weitem nicht aus, um die gesamte Menschheit zu vernichten.

Die Gesamtmenge an künstlicher Antimaterie auf der Welt beträgt weniger als 20 Nanogramm. Wie viel Energie würde durch die Vernichtung all dieser Antimaterie freigesetzt? Gemäß der Masse-Energie-Gleichung beträgt die Energie, die entsteht, wenn diese Antimaterie mit der gleichen Menge Materie vernichtet wird, nur 3.600.000 J, was genau 1 Kilowattstunde Strom entspricht und nur zum Kochen einer kleinen Tasse Wasser ausreicht.

Darüber hinaus ist Antimaterie nicht nur schwer herzustellen, sondern auch sehr schwer zu erhalten. Da unsere Welt voller positiver Materie ist, wird Antimaterie vernichtet, sobald sie mit irgendeiner Materie auf der Welt, einschließlich Luft, in Kontakt kommt. Um die wenigen Antimaterieteilchen, die die Wissenschaftler endlich gefunden haben, für einen längeren Zeitraum zu konservieren, haben sie sich vieles einfallen lassen.

Die wichtigste Methode besteht darin, die elektrischen oder magnetischen Eigenschaften von Antimaterie zu nutzen, um eine magnetische Falle oder magnetische Flasche zu schaffen, mit der die Antimaterie in verschiedenen Magnetfeldfallen eingeschlossen wird. In der Magnetfalle herrscht Hochvakuum und sie ist extrem kalt. Diese Art von Kälte ist nicht die Art von Kälte, die wir kennen, aber es ist so kalt wie minus 272,65 Grad Celsius, was extrem nahe am absoluten Nullpunkt liegt.

In diesem „Gefängnis“, das sich weder über noch unter der Erde befindet, sind Antiteilchen gefangen, und selbst für Gasmoleküle ist es äußerst schwierig, mit ihnen in Berührung zu kommen. Durch die Kälte wird die Aktivität ihrer Schwingungsfrequenz reduziert und sie bleiben auf einem niedrigen Energieniveau, sodass sie dort nur noch brav verharren und relativ lange erhalten bleiben können.

Können Terroristen solch extrem seltene, extrem teure und extrem schwer zu handhabende Antimaterie beschaffen, produzieren und aufbewahren? Daher ist es für Terroristen und kriegslustige Länder nichts weiter als ein Wunschtraum und unmöglich zu verwirklichen, wenn sie Antimaterie einsetzen wollen, um die Gesellschaft und die Menschheit über einen längeren, vorhersehbaren Zeitraum zu bedrohen und zu gefährden.

Nur weil Antimaterie derzeit nicht praktisch genutzt werden kann, heißt das natürlich nicht, dass dies in Zukunft immer so sein wird. Die heutige wissenschaftliche und technologische Zivilisation entwickelt sich in rasantem Tempo und Antimaterie ist die idealste und vollkommenste saubere Energie, was definitiv das Ziel ist, von dem die Menschheit schon lange geträumt hat. Einigen Studien und Vorhersagen zufolge müssen Antimaterie und Antienergie eingesetzt werden, um in Zukunft interstellare Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit mithilfe von Wurmlöchern oder der Raum-Zeit-Faltungstechnologie zu ermöglichen.

Diese Ziele werden höchstwahrscheinlich in den Händen unserer Kinder und Enkelkinder erreicht werden. Was denkst du darüber? Diskutieren und kommentieren Sie gerne.

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