反物質武器

反物質武器

1986年首次發現反物質,由於極少量的物質同它的反物質相互作用,能夠釋放出極大的能量。可用作熱核爆炸的扳機,或者激勵出極強的X射線或γ射線雷射,反物質研究成為目前各國研究的重點。反物質武器是目前核武器中最強、最重要的一種。五角大樓高官驚嘆:“幾克重的反物質炸彈就能毀滅地球了!”美國費米國立加速器研究所,法國和瑞士合建的歐洲研究中心,俄羅斯高能物理研究所都在做此研究。中國的反物質研究所始於20世紀80年代初,由世界著名的核物理學家、反物質發現者趙中堯擔任技術顧問,因此西方稱他為“中國反物質武器之父”。關於這方面的公開資料幾近於無,其高度保密性正反映了其極端重要性,只能以正負電子對撞機的零碎進展作為這種武器進展的參考。

基本信息

武器特點

特點

1、雖然威力巨大,但是其附帶殺傷效應較小。新一代核武器強化了核反應中的部分殺傷效應,同時抑制了其他殺傷破壞因素的產生;

2、殺傷手段和殺傷破壞目標更為單一。新型核武器可以只利用爆炸產生的衝擊波或是電磁脈衝或是其他的殺傷破壞因素,來攻擊特定的目標或設備,令使用者在使用核武器攻擊時有更大的選擇餘地,也更加靈活。

3、研究手段中高科技含量非常高。但是,因為反物質本身之謎還沒有揭開,所以研製反物質武器仍然是任重而道遠。要想把反物質武器從構想變為現實,還需要科學家們的不懈努力。

但是,因為反物質本身之謎還沒有揭開,所以研製反物質武器仍然是任重而道遠。要想把反物質武器從構想變為現實,還需要科學家們的不懈努力。

相關的物理研究

反物質武器是一種以反物質作為能量,推進劑或爆炸物,擁有超強大力量的夢想武器。目前其還僅存在於科幻小說中。但美國空軍已經對其可能的軍事用途,包括毀滅性效果產生了興趣。自從冷戰開始,其就開始資助反物質相關的物理研究。其主要的理論優勢是物質與反物質相撞會將100%質量轉化成能量(高能伽瑪射線),而利用聚變反應的氫彈則大約是只有7%的質能轉換。

相關作品

《反物質飛船》

威廉森 科幻小說 1942年~1943年在《驚奇故事》上連載

《天使與魔鬼》

丹 布朗 科幻小說 2005年出版 同名電影2009年5月上映

《痞子英雄之全面開戰》

台灣電影,2012年上映

影響介紹

探索人類超級末日兵器的傳說與現實

但事實是人類已經能夠製造出反物質,而且“湮滅”不會產生輻射或污染,反物質炸彈將因此繞過全面禁止核試驗條約,擁有它的國家可以在局部衝突中隨意使用這種威力超過核子彈10000倍的超級炸彈。

電影、遊戲,還是真實

《天使與魔鬼》,一部很不怎么樣的商業電影取了一個再貼切不過的名字。不錯,影片真正的主角不是湯姆·漢克斯或者伊萬·麥克格雷格,而是一種堪稱“人造太陽”、威力遠超核聚變的超級炸彈——反物質,這種超乎人類想像的能量對世界的未來意味著什麼?天使與魔鬼!

電影很驚悚地把一種神秘反物質武器曝光到了公眾面前。實際上,《天使與魔鬼》並不是這種神秘武器的首秀,幾年前在電腦遊戲《紅色警戒3》盟軍武器欄選項中就有一件超級武器——質子撞擊炮,那是遊戲玩家們的最愛。傳媒塵囂日上地炒作正逐漸剝落反物質的神秘面紗。

不過,真正讓反物質武器成為各國軍界關注的焦點,則是源於美國軍方設計的一次電腦推演。它不是一款遊戲,也不是一部電影,而是在預演一場未來完全可能發生的戰爭。這次代號為“反物質特攻-2008”的電腦模擬演習算不上新聞,卻長久地成為人們熱議的話題:201X年,一名(美軍)特工潛入敵國國都的總參謀部,隨身攜帶著一枚重量僅為五千萬分之一克的微型反物質定時炸彈,把它安置在廁所里,撤出之後實施引爆,這所軍事大樓及附屬建築在須臾間被夷為平地。隨後,另一枚反物質脈衝炸彈在該國電力和通信網路上空引爆了,一個國家的軍事和社會活動被徹底癱瘓了……五角大樓的將軍們在觀摩之後,驚嘆說,“幾克重的反物質炸彈就能毀滅整個地球!”

也有人對此不以為然,認為這是美國在經濟危機中為鞏固世界霸權地位而故弄玄虛,玩弄蒙蔽世人的慣用伎倆。不過,有一點是毋庸置疑的,科學家們正通過在世界各地的粒子加速器進行著高能撞擊,試圖製造反物質。這種新型炸彈“秒殺”掉一個城市將不再是神話,而且沒有任何徵兆或預警,不明真相的人無法對此類災難做出合理和信服的解釋。而這個城市如果是國家的首都,那就意味著整個國家的現代戰爭能力會輕易地被徹底摧毀。

在美國國防部下屬有一個叫“國防高技術研究計畫局”(DARPA)的高級秘密機構,它主要負責研製各種運用於未來的新式武器,該機構實驗室研發新概念武器將顛復現在人們關於大規模殺傷武器的所有想像,一連串神秘而炫目的名字,“等離子武器”、“太陽能武器”、“基因武器”、“氣象武器”、“地震武器”等等。而前文中所提到的這種最為兇悍的“大殺器”,卻是在美國空軍下屬的一個研究機構取得了“重大突破”,那種原本游離於夢境,近似於宗教傳說的武器也因此具備了在現實中出現的可能。

“湮滅”

與許多未來武器源於微觀世界的能量相同,反物質概念也必須深入到那些人們看不到的粒子中去一探究竟。

我們把自然界紛呈多樣的巨觀物體還原到微觀本源,它們都是由質子、中子和電子所組成的。1928年,英國劍橋大學教授保羅·狄拉克通過數學計算,提出了電子有兩種存在形式,除了有帶負電荷的電子外,還有帶正電荷的電子。帶負電荷的電子叫正電子,帶正電荷的電子叫反電子。當時人們不以為然,但兩年後,狄拉克的學說被科學實驗證明是正確的,這是人們認識反物質的第一步。20世紀的50年代,隨著反質子和反中子的被發現,人們開始明確意識到,任何基本粒子都在自然界中有相應的反粒子存在。

在粒子物理學中,反物質是反粒子概念的延伸,反物質是由反粒子構成的,如同普通物質是由普通粒子所構成的一樣。愛因斯坦特殊相對論告訴我們,質量與能量是等價的。因此世界萬物都有“同性相斥、異性相吸”的共性。反物質也一樣,它一旦遇上正物質,就會與之“迅速結合、互相湮滅”。這種“湮滅”並非正反兩種物質化為烏有而消失,而是它們的全部質量都轉變成能量釋放出來。按照愛因斯坦的質量能量關係式E=mc2,人們可以計算出釋放的能量:1毫克反物質“湮滅”放出的能量達到180億焦耳,是普通炸藥的100億倍,比核子彈、氫彈的威力大得多。

那么,反物質武器“湮滅”的那一瞬間,我們能見到什麼樣的圖景呢?人類恐怕早已見識過了,1908年6月30日凌晨,俄羅斯帝國西伯利亞通古斯地區的森林裡,突然發生了一次史無前例的大爆炸。其威力相當於1000枚核子彈齊爆,數百平方公里內的城鎮與森林被瞬間毀滅。因為沒有更合理的解釋,人們猜測罪魁禍首很有可能是來自外太空的反物質隕石, 在通古斯河上空與正物質結合放出大量能量而造成的災難。

粒子對撞機與太空搜捕

在我們可以觀測到的宇宙範圍內,至今還沒有發現反物質存在,也就是說,反物質在自然界是無法找到的。那么,想要獲取反物質就只有在實驗室里人工製造,或者是到宇宙空間中去尋找。

可以肯定的是,以人類現在的科技就已經可以製造出瞬間存在的反物質了。1996年1月,歐洲科學家利用粒子對撞機獲得了9個反氫原子,但在億分之三秒之後就分散成為反質子和反電子,但這仍標誌著人類已經能夠製造出反物質了。人工製造的反粒子往往很不穩定,而且研製成本高得嚇人,據測算提取每一千億分之一克需要花費掉60億美元。由於技術難度太大,歐美各大武器公司尋求聯手合作研製反物質武器。即使這樣,因資金耗費巨大且收效甚微,反對聲浪一直不絕,相關試驗不時傳出暫停的傳聞。當然,事實上美國從來就沒有真正停止過反物質武器的開發。

那么外層空間有現實的反物質可供人類利用么?1979年,美國科學家把一個60層樓高的巨大氣球放到離地面35公里的高空,氣球上載有一批十分靈敏的探測儀器。結果,它在高空獵取了28個反質子。這是在地球以外第一次發現反物質。理論上,茫茫宇宙中有無數的高速粒子,好比是一台天然加速器,可以在地球軌道或月球上建造大面積的收集裝置接受空間中的反物質,大幅提高產量。不過到宇宙中去尋找反物質也並非易事,首先不知道哪裡有,其次必須使用先進的粒子物理感測儀,而這類儀器大都過於笨重龐大,將其安裝在天基平台上又會提出巨大的技術挑戰和花費天文數字般的資金。

儘管難度很大,但神秘的太空的確能給人類無限的希望。如1997年4月,美國天文學家宣布他們利用伽馬射線探測衛星發現,在銀河繫上方約3500光年處有一個不斷噴射反物質的反物質源,它噴射出的反物質形成了一個高達2940光年的“反物質噴泉”。

諾貝爾獎獲得者、美籍華人科學家丁肇中教授就是反物質研究方面的專家,他領導了國際太空反物質探索計畫,共有美國、中國、俄羅斯等10多個國家(地區)亟37個科研機構參與其中。1998年6月2日,美國“發現”號太空梭攜帶“阿爾法”磁譜儀發射升空,這次飛行的目的就是到宇宙中去尋找、捕捉反物質。“阿爾法”磁譜儀是專門設計用來尋找宇宙中反物質的儀器,依靠一個巨大的超導磁鐵及六個超高精度的探測器來執行任務。雖然這次飛行沒有什麼收穫,但採集到了大量富有價值的數據。而一台新的“阿爾法”磁譜儀也在2008年組裝完畢,等待著搭載飛船升空,繼續尋找反物質。

裝“撒旦”的盒子

反物質的穩定儲存也是個大問題。在歐洲,人們在實驗中發現在磁場的作用下反物質是有可能得到保存的。於是科學家們嘗試用磁場“陷阱”來束縛反粒子的方法,即高速原子核和質子相撞產生反質子後,用減速器將其速度降低到光速的十分之一,然後用高能磁場做“陷阱”將其束縛起來,再依賴電場將速度進一步降低下來。另一方面,科學家們也嘗試用電磁場“陷阱”來減速由放射性衰變收集來的正電子。最終,減速了的負質子和正電子在電磁場“陷阱”中結合,即可形成較穩定的反氫原子。不過用這種辦法只能貯存10億個反電子,而製造1克反氫原子需要有6.023x10^23個反電子和同樣數量的反質子,顯然現在的成果還遠遠不夠。

專家們指出,反物質不像普通物質,必須有強大的磁場能量來束縛。然而,強大並不可間斷的磁場能量,不僅需要更加先進可靠的設備,更需要強大的電能來維持。反物質由於威力過於恐怖,因此要將其武器化、實用化,就必須保證萬無一失的100%安全性,那么儲存的技術風險就變得十分巨大,一旦失控,被毀滅的可能就不僅是使用者自己,而是一切。因此,反物質的儲存問題未來也將成為其大規模使用所面臨的最大障礙。

世界追逐“人造太陽”

這樣說來,反物質武器仿佛只是一個很遙遠的夢想,反對者嘲笑它是紙老虎,一種“思想武器”,將永遠停留在新概念的範疇內。最有代表性的觀點來自美國哈佛大學粒子物理學家弗蘭克·克洛斯,他甚至悲觀地認為:人類有能力製造可以使用的反物質需要等到數十億年之後。真的是這樣嗎?

反物質巨大的軍事套用潛力仍然強烈地吸引著美國軍界。五角大樓斥巨資加以研製,美國空軍就在進行一項名為“革命性炸藥”的反物質武器研製計畫,由洛斯阿拉莫斯和勞倫斯·利弗莫爾核武器研究所、費米研究所等眾多單位進行相關研究,通過不懈的努力,科學家們的構想正逐漸接近現實。

1995年,世界上第一家反物質研製工廠——位於瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心製造出了第一個反氫原子。在世界各地9個研究所39位科學家通力合作下,到2002年底已經製造出了約5萬個反氫原子,這是人類首次在實驗室條件下製造出大批量反物質。誠然,這種所謂的“批量生產”離可使用量還是有很大的距離。

不過,人類技術進步的潛力和速度總是會讓不同時代像弗蘭克·克洛斯那樣的科學家吃驚。2008年9月10日開始試運轉的大型強子對撞器(LHC)是世界上最大的粒子加速器設施,有全球85個國家中的多個大學與研究機構,超過8000位物理學家共同參與。也是在這個月,美國格林空軍基地“革命性彈藥”研發小組的負責人、物理學家肯尼斯·愛德華茲在五角大樓向軍方匯報了他的進展,稱“在反物質武器的研究上已獲得重大突破”,即研製成功了“有效儲存反物質的容器”並現場電腦模擬推演,鑒於愛德華茲在反物質研製方面的開創性貢獻,人們為他冠以了一個令人不安的稱呼——“開啟魔瓶的人”。同年,美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室宣布他們用雷射向圖釘頭大小的黃金樣本射擊,創造出了數以十億計的反物質粒子。另據《自然》雜誌介紹,美國軍方的科學家還發明了一種產生反物質的新方法,使得產生百萬分之一克反物質的成本從10億美元降低到了1億美元。

現在來看,美國用雷射技術通過實驗室獲得反物質及實現反物質儲存——兩大制約著反物質武器發展的瓶頸——皆有了重大突破,這意味著美國向武器級反物質的可實戰化邁出了最關鍵一步。

由於耗費巨大(肯定比JSF項目大得多),西方國家在反物質研究上採取了國際合作的模式。歐洲核研究組織中的法國、義大利、英國等國的科學家們均與美國展開合作,承擔著相關項目中的大量研究工作。俄羅斯更是從上世紀50年代的蘇聯時期開始,就在其“氫彈之父”薩哈羅夫的領導下從事反物質武器的研製工作。俄羅斯還曾經通過衛星在宇宙空間實驗反物質武器,並且據說也獲得了“重大進展”。

面對這場爭奪未來戰略級科技話語權的大國競爭,中國必須作出回應。中國的反物質研究所成立於上世紀80年代初,由世界著名核物理學家、反物質發現者趙忠堯擔任技術顧問,西方稱趙為“中國反物質武器之父”,不過,趙老已於1998年去世,享年96歲。因為事系國家安全,我們不可能得到中國反物質武器的詳細資訊,只能從相關的新聞管中窺豹。

1984年,國務院批准了8312工程即正負電子對撞機的建設。2009年7月,十五期間的重大科學工程,總投資6.4億元的北京正負電子對撞機改造工程實現了升級換代,將我國對撞機和譜儀技術推進到國際前沿,這是我國在高能物理髮展領域的一個重大里程碑式成就。

是星際旅行,還是毀滅?

1983年,美國蘭德公司曾耗資200萬美元為美國空軍進行了一項生產和使用反質子的可行性研究,結果得出,反物質的四項軍事用途:一、用作超高速火箭的推進燃料;二、用作軌道上軍用空間站以及其他領域的超小型、超輕型能量發生器;三、用作啟動各類核彈;四、用作集能速武器(指與粒子束武器結合)。

反物質還可用來製造星際航行的火箭、太空飛行器、太空船等的超級燃料。英國著名物理學家史蒂芬·霍金在接受媒體採訪時認為,“人類必將離開太陽系尋找別的可生存行星,反物質能源將是星際旅行中飛船的主要動力。”一克反物質產生的能量,就足可以為23架太空梭提供動力。這可以從根本上改變能源供應的模式,將會是一場能源革命。

反物質武器反物質武器

美國航空航天局(NASA)正研究的反物質太空船預計在15年後能夠製造出反物質發動機的原型機,且是以正電子為燃料。幾十年之後將製造出反物質飛船,只需要用到幾十毫克正電子,速度卻比核動力太空船快一倍,6周內即可抵達火星。還可以把人類引入到從前在太空中從未涉足過的區域,譬如木星旅行,甚至遠赴到“太陽駐點”(太陽輻射所能到達的最遠點)之外。

反物質作為空間探索和和平利用的無限能源必將造福於人類未來;然而,巨大能量瞬間釋放所帶來的誘惑也可能毀滅人類自身。軍事專家預言,未來的反物質武器具有史無前例的摧毀力,一旦研製成功,將會使現今所有的熱核武器黯然失色,人類將面臨新的、更大的災難。

據俄羅斯《科學》網報導,美國軍方現正在秘密研製以反物質作為彈藥的“質子炸彈”,並已在這方面投入了大量資金。反物質炸彈極易引爆,它不像核子彈那樣必須達到一個臨界質量,也不像氫彈那樣要求很高的爆炸點火溫度。另外,由於所有質量均轉化為能量釋放,反物質炸彈爆炸時將沒有任何殘留物,因此不會產生輻射或污染,是一種“乾淨”的大規模殺傷性武器。這一特點使反物質炸彈繞過了全面禁止核試驗條約的限制,美軍據此將反物質武器歸類為常規武器。那就意味著在未來,美軍可以在常規戰爭或局部衝突中隨意使用它。反物質武器的威力相當於核子彈的1000倍,它將以“第四代核武器”的身份全面取代現有的輻射型核武器。

大規模殺傷性武器

未來軍事戰爭中的新概念武器

智慧型武器指的是具有人工智慧的武器,通常由信息採集與處理系統、知識庫系統、輔助決策系統和任務執行系統等組成。能夠自行完成偵察、搜尋、瞄準、攻擊目標和收集、整理、分析、綜合情報等軍事任務。

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