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它也是虫洞创造和曲速引擎理论的核心。
与普通质量(会压缩时空並由於引力而减慢时间)不同,负质量理论上会膨胀时空,甚至可能加速时间的流逝。
如果负质量確实存在,这些特性可能会催生出革命性的技术。
迄今为止,尚未观测到任何负质量的实际例子,许多物理学家(包括我自己)都將其视为一种数学构造,而非物理现实——就像负饼乾或负加仑水一样不切实际。
儘管如此,如果负质量確实存在,它將在推进、能源生產、巨型结构建造和虫洞製造方面解锁近乎无限的可能性。
即使作为一个理论概念,它也激发了人们的想像力,並为我们理解宇宙的边界提供了见解。
中子態物质
中子態物质是一个术语,用於描述几乎完全由中子组成的超高密度物质。
中子星就是由这种物质构成的——只有略低於黑洞临界质量的天体所產生的极强引力,才能將这种物质维繫在一起。
其涉及的压力和密度难以想像,相当於將一座山压缩成你可以握在手中的东西。
不用说,这种物质並不稳定,需要超乎想像的力才能压缩在一起,而且中子本身在几分钟內就会衰变。
然而,它本质上无法被外力压缩,並且能够抵御甚至核级別的攻击或单分子超锋利刀片的切割。
从理论上讲,如果能够以某种方式稳定中子態物质,你將获得坚不可摧的装甲——这也是它在科幻作品中被广泛使用的原因。
但中子態物质的密度约为400京吨立方米,即使是一块只有1纳米厚的板材,每平方米的质量也会达到4亿吨——这可能有点难以携带。
理论上,你可以在费米尺度上製造中子態物质,並將其用於费米技术构造——在这种情况下,其密度可能会降至数百吨平方米,相当於只有一个中子厚。
然而,我们可以想像,那种能够在如此高的压力下稳定中子態物质的技术,也可能让我们抵消中子態物质装甲的质量。
我们可能会將其想像成雷神之锤——只有得到它的“认可”
才能移动,因为如果没有它的配合,它会重得无法挪动。
这是合理的,因为像雷神之锤那么大的中子態物质,质量大约会达到万亿吨——比珠穆朗玛峰还要重。
质能转换
典型的化学燃料(无论是汽油、木柴、人体脂肪还是其他常见燃料)每千克或每升能提供数千万焦耳的能量。
像铀、鈽和釷这样的核裂变燃料性能要好得多——能量密度大约是化学燃料的一百万倍,每千克能提供数十万亿焦耳的能量。
核聚变的能量密度甚至更高:理想的氢聚变氦反应,每千克能產生约640万亿焦耳的能量,效率约为核裂变的10倍。
然而,根据爱因斯坦的质能方程e=mc2,一千克质量本身就包含著惊人的90000万亿焦耳的能量——这比理想核聚变的能量密度高140倍,比核裂变更高出10000多倍。
这就是反物质如此强大的原因:它与同等质量的普通物质湮灭时,几乎会释放出100%的质能。
类星体的惊人能量也来源於此——恆星或巨大的气体云被黑洞吞噬时,其大部分质量会转化为能量。
在未来,人工微型黑洞可能实现高效的质能转换,每千克可能產生18000到40000万亿焦耳的能量;或者我们可能找到廉价生產並安全储存反物质的方法。
然而,最终的突破將是一种能够安全、高效、可控地將物质直接转化为能量的装置。
想像一下:一种类似於建筑工地或停电时使用的发电机,不需要传统燃料,只需要空气甚至水。
这样一种以水为燃料的装置,如果產生10千瓦的功率,消耗一升水需要2.85亿年——一个简单的雨水收集器就可以无限期地为其补充燃料。
事实上,一滴水就可以为它提供大约14000年的能量——几乎相当於人类文明存在的时间。
值得注意的是,虽然我们可能会提到“质能转换器”
,但在实践中,它產生的能量会以某种特定形式存在。
即使是反物质湮灭,这个过程也涉及两个粒子碰撞並转化为其他粒子——通常是一对光子,但並非总是如此。
光子对於能量收集来说是理想的,因为它们相对容易捕获用於发电。
然而,像反物质湮灭產生的伽马射线这样的高能光子,要有效利用则困难得多。
一个实用的质能转换器可能更像一个“粒子粉碎机”
,將粒子分解成数百万个低能光子——类似於植物光合作用所使用的那种光,或者我们用来取暖的光。
另一方面,质能转换的一些產物(如中微子)则远不那么有用。
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