自从1928年狄拉克方程预言反物质以来,至今人类实验室中产出的反物质还不到百万分之一克,反物质在生产和储存中年面临了很大的问题。
但是人们依然满怀信心地研究将其作为宇宙飞船燃料的可能性。这个想法的来源是:反物质在湮灭时会发出γ射线,其入射到推进剂上将后者加热到极高的温度,然后从火箭尾部喷射出来;或者它们会将推进剂表面的碳化硅物质汽化,生成的气体排出形成推进力。与传统的化学燃料相比,其优势在于很小的质量中蕴含着巨大潜能。

反物质最理想的火箭燃料,事情没这么简单!
卡西尼一惠更斯号土星探测器中,燃料和氧化剂舱就占了一半多的质量,而发射它的运载火箭比探测器本身还要重180倍。在对于反物质的宣传中,有人宣称如果要发射一艘人造飞船去火星,需要3吨重的化学推进剂,而换成反物质燃料的话则只需不到百分之一克,和一粒米质量相当。

但是,宣传中却很少提到储存这些反物质所需要的设备有多重。大量的反质子或正电子,意味着电荷的大量聚集,必须予以考虑。仅仅储存火星飞船所需量的百万分之一克,就需要在燃料舱壁上施加数吨的电磁力。虽然有诸多问题,但这的确是NASA的太空飞船构想,也是美国空军曾经的微型战斗机研发方向。

科学家的努力有了突破口,但问题依然严峻
迄今为止,储存的反质子最大的量只有100万个,相比反质子,正电子更轻更容易获取。20世纪50年代,德国火箭工程师厄耿·桑格(Eugene Sanger)提出了一种光子火箭的概念,即使用正负电子湮灭时放出的γ射线来推进。这个想法倒是为科幻作品提供了很多灵感,但从未投入研发,其中的部分原因就在于很难制造和储存足量的正电子。然而,受到3位分别来自德国和美国的物理学家提出的理论的启发,滨州大学的史密斯博士现在正在研究将正电子作为能源。

近年来,在他位于圣塔菲的正电子研究所中,史密斯博士将正电子嵌入了正电子素原子中,(正负电子对)从而可以不引入反质子就中和掉正电子的电荷。这些正电子素原子通常只能存活一微秒,但是阿克曼(AckermannShertzer)和施梅尔策( Schmelcher)预测某种特殊的电场和磁场结构可以将正电子素拉伸成哑铃形,从而大大延长其寿命。根据史密斯博士所说,这种观点意味着“[被拉伸的]正电子素的寿命[可以实现]无限长”。

在这种观点被证明之前,我们都不能高兴得太早。不过,这个理论清晰明了,并指出电场和磁场可以拉伸正电子素原子。电场趋于将电子和正电子拉开,而磁场又会使它们保持原位。在这种情况下,它们之间的距离会是普通原子中的数千倍,相互之间发生碰撞湮灭的可能性大大降低了。
反物质的利用,其路漫漫远兮
迄今为止,这个理论发展得还不错。小编个人认为,即使将来有一天人们在少量的正电子素原子中实现了这种拉伸,但对于作为能源所需的数万亿电子和正电子而言,意义并不大。要将巨量的正电子素拉伸,需要足够强力的电场和磁场以维持独立的正负电荷云团。我们兜了一圈又遇到了所有方案遇到的相同问题:如何容纳下作为反物质能源所需的大量电荷?如果不能解决这个问题,拉伸正电子素就一无是处。

