2014 年加入 NASA 之前,她在 CNN 工作了六年。
很高興來到這裡,非常感謝邀請。
正如我和彼得開頭所說,根據大爆炸理論,宇宙產生了大量能量、大量物質和大量反物質。
然後不知為何,物質占據了上風,我們才有了星系、行星、恆星,還有彼得、理察和莉茲。
但反物質究竟去了哪裡,依然是個巨大的謎團。
我肯定說得很粗略,所以這就是你來的原因。
能大膽猜測一下反物質去哪了嗎?猜對說不定能得諾貝爾獎,還能和我、彼得一起分享。
正如你所說,有點像《生活大爆炸》片頭曲里的歌詞,我們的整個宇宙曾經處於熾熱緻密的狀態。
大約 140 億年前,宇宙開始膨脹。
這首歌里的描述其實很準確。
無論如何,在宇宙誕生的最初時刻,物質和反物質是等量產生的。
正如你所說,我們如今由物質構成,這本身就是個謎。
事實上,只需要萬億分之一的不平衡,物質比反物質多萬億分之一,就足以形成我們今天看到的宇宙。
至於是什麼造成了這萬億分之一的差距,至今仍是個謎。
我沒有特別的猜測,但歐洲核子研究中心的粒子物理學家們正在研究,究竟是什麼物理過程導致了物質和反物質的不平衡,比如某些粒子的衰變。
女士們先生們,科學與歷史正在揭開這個謎團。
我們都知道,分裂原子能產生巨大能量,我們由此發明了核能,最終還有核武器。
這和物質與反物質碰撞產生的能量相比如何?
你可能會驚訝,雖然我們身邊看不到反物質,但其實存在極少量的反物質。
事實上,我帶了一個反物質發生器,就是一根香蕉。
這根香蕉,其實任何一根香蕉,大約每 75 分鐘就會產生一個反物質粒子。
哇哦。
這差不多是香蕉在我家放著變黑的時間。
所以就算把全世界的香蕉都聚集起來,也不足以產生科幻電影裡那種爆炸。
這是因為香蕉里的鉀元素嗎?
沒錯,鉀 - 40 是一种放射性同位素,這就是為什麼大約每 75 分鐘就會釋放出一個反電子,也就是正電子。
但單個粒子,尤其是單個反物質粒子,不會存在太久,因為它會立刻遇到它的邪惡雙胞胎 —— 普通電子,然後兩者湮滅。
事實上,單個粒子湮滅不會產生任何明顯效果,否則我們會一直看到閃光。
我們的身體也會產生微量的反物質。
但無論如何,你真的需要一克反物質。
如果你有一克物質和一克反物質,產生的爆炸威力相當於一顆核彈。
不過我們可以放心,收集一克反物質幾乎是不可能的。
因為這些粒子存在時間極短,會不斷與物質發生湮滅,很難捕獲。
而且成本極高。
製造反物質為什麼這麼貴?
再強調一次,自然界中只有單個反物質粒子產生,並且在不到一秒的時間內就湮滅,所以很難大量聚集。
他們正在做的一些實驗,比如瑞士歐洲核子研究中心的阿爾法實驗,必須對這些粒子減速,並用某種磁場來捕獲它們。
也就是必須用一個磁籠來聚集所有反物質,才能真正研究它們的特性。
即便如此,這個實驗也是大型核研究組織歐洲核子研究中心的一部分。
歐洲核子研究中心還擁有大型強子對撞機,這是價值數十億美元的全球最大科學實驗,也用於研究反物質。
所以,正是因為可獲取的反物質數量極其微小,任何有科學意義的研究都成本高昂。
人們研究製造反物質的原因之一,是可能用它來為宇宙飛船提供動力。
為什麼反物質能成為太空探索的高效能源?
如果你能聚集大量反物質,讓物質和反物質湮滅產生巨大爆炸,能量會極其強大。
一公斤反物質和一公斤物質相遇,威力相當於一千顆原子彈。
那能量確實巨大。
但同樣,因為成本太高,目前幾乎不可能利用反物質的能量。
我猜把它裝在宇宙飛船上也相當危險。
反物質還有其他已知的實際應用嗎?
有的,其實在醫學領域非常有用。
我們有所謂的 PET 掃描,也就是正電子發射斷層掃描,它實際上是利用反物質進行無創腦部掃描。
醫生會給你注射一種含有放射性同位素的物質,就像香蕉含有放射性鉀 - 40 一樣。
你會攝入一種無害的、含有放射性元素的物質,當這种放射性同位素衰變時,會釋放出反物質粒子。
這些粒子會與你的大腦發生相互作用,因為粒子數量極少,所以非常安全。
但效果足夠顯著,可以生成腦部掃描圖像,有點像加強版的核磁共振。
當我聽到反物質的解釋,它本質上是物質的鏡像對立面,旋轉方向相反,正負屬性顛倒。
深入了解的話,物質的上就是反物質的下,物質的黑就是反物質的白,諸如此類。
聽起來有點像超人的比扎羅世界,或者很多科幻作品裡的設定。
這難免讓人好奇,我就很好奇,這聽起來幾乎和平行宇宙理論一樣。
放在二三四十年前,這可能還是天方夜譚。
但如今,弦理論和多元宇宙理論在主流物理學中越來越被認可。
反物質會不會成為我們真正理解平行宇宙的第一個窗口?
目前沒有確鑿證據證明平行宇宙或其他事物存在。
但我們所知的每個粒子都有一個邪惡雙胞胎,這一點確實很有趣。
理察・費曼有句名言,如果你在火星上遇到你的反物質雙胞胎,千萬別握手。
但目前,反物質對科學家來說最有趣的地方在於,它關乎一個根本性的謎團 —— 我們為何是現在的樣子,我們為何存在。
因為理論上,如果物質和反物質數量相等,它們會全部湮滅,宇宙中就只剩下能量。
但正是那萬億分之一的微小差距,物質稍微多了一點,或許才解釋了我們今天為何存在。
這聽起來並不隨機。
李水旺新一期視頻——《黑洞》:
在太陽附近能做的所有事情,比如讓各種天體繞其運行數十億年,在黑洞附近同樣可以做到。
黑洞的存在並不意味著它是一個會把東西吸進去的巨型吸塵器。
皮特,我知道你對黑洞略知一二。
正如開頭所說,我們對黑洞的了解最多只是表面的,這就是為什麼我們邀請專家來到節目,幫我們理解 —— 假如太陽系繞黑洞運行,會發生什麼?
我真的不知道答案,我以為會被吸進去。。
這個問題聽起來簡單,我們不妨直接問,什麼是黑洞?
這是一個在很多領域都會涉及的問題,因為我們會思考時空的本質。
黑洞本質上是時空的一種特殊狀態,和我們過去認為的完全不同。
這是近一個世紀以來才被詳細研究的內容。
簡單來說,黑洞是宇宙中的一片區域,由於某種原因,引力極強,連光都無法逃脫。
比如我們想離開地球,會發射火箭進入太空,需要達到一定的速度,也就是逃逸速度,才能擺脫引力束縛。
宇宙中存在最快的速度,那就是光速。
如果一個天體的引力極強,逃逸速度超過光速,那麼任何東西都無法逃脫它,這就是黑洞。
據我了解,黑洞有不同等級,就像溫迪漢堡的點餐通道,有普通黑洞,還有超大質量黑洞,中號、三 A 級、雙 A 級。
普通黑洞和超大質量黑洞有什麼區別?
黑洞的神奇之處在於,從某些定義來看,它是極其複雜的天體,但從另一些定義來看,它又是宇宙中最簡單的天體。
所以在某種程度上,你所說的不同類型黑洞之間的唯一區別就是大小。
有些黑洞的質量大約是太陽的幾倍,它們由死亡的恆星演變而來,恆星不再像太陽一樣發光,坍縮形成這種緻密天體,所以質量和坍縮的物質直接相關。
而在大多數星系的中心,存在質量巨大的黑洞,達到普通恆星質量的數億倍。
從某種意義上說,它們和較小的黑洞密切相關,還有中等質量黑洞。
我們中的一些人推測,自然界中也可能存在微觀黑洞,各種形狀和大小都有。
最近有個說法,認為人們對黑洞的一個認知是誤區,那就是在科幻作品裡,只要靠近黑洞就會被吸進去,無法掙脫。
事實並非如此,對嗎?
完全正確。
你可以把黑洞看作,它的很多特性和任何大質量物質團塊相似,只要距離足夠遠,在太陽附近能做的所有事情,比如讓各種天體繞其運行數十億年,在黑洞附近同樣可以做到。
黑洞的存在並不意味著它是一個會把東西吸進去的巨型吸塵器,電影裡經常這麼刻畫,讓它看起來像某種故意作惡的龐然大物。
其實它只是和其他天體一樣的引力天體,你可以在黑洞附近停留任意長的時間。
問題在於,當你靠近到某個最近距離,就算擁有全世界所有的動力,也無法逃脫,因為你無法超過光速離開,這個邊界叫做事件視界。
存在一個最近距離,一旦越過,至少在經典物理學層面,就無法逃脫。
但只要不在事件視界內,理論上你可以靠近再離開,它不會把你吸進去。
那麼今天的核心 「假如」 問題是,假如太陽系繞黑洞運行,這有可能嗎?
從你所說的來看,行星或太陽系繞黑洞運行是有可能的,但能維持生命存在嗎?
我猜大概率是可以的,我能想到幾種可能實現的場景。
比如,我們先不考慮其他星球是否存在生命的問題,這並非不可能,我們在其他節目裡也討論過。
假設其他恆星周圍存在類地行星,或者非類地行星,但存在生命。
那顆恆星可能處於雙星系統中,也就是兩顆恆星相互繞轉,周圍有行星環繞,你可以想像這樣的系統。
也許其中一顆恆星變成了黑洞,過程中可能發生了超新星爆發這類災難性爆炸,可能摧毀了附近所有生命。
但假設沒有,那麼這可能會成為生命的家園,雖然在我們看來很不尋常。
另一種可能是,某個擁有星際航行能力的物種,主動尋找黑洞並在其周圍定居。
他們要麼建造繞黑洞運行的天體,要麼占據繞黑洞運行的行星物質,將其作為自己的恆星系統。
事實上,我們可以通過某種方式開採黑洞獲取能量,黑洞會是最高效的能源之一。
只要能完成所需的工程技術,就可以利用它。
也許有超級先進的文明生活在黑洞周圍。
如果之前問我,黑洞是不是像吸塵器一樣吸東西,就像他生動描述的那樣,我會說是的。
我們就是從電影和《星際迷航》里這麼學來的。
但事實證明,黑洞的巨大質量只是產生引力,有人會覺得這只是說法不同,但我覺得這是很重要的澄清。
你學到了什麼?
我學到了可以開採黑洞,這聽起來太酷了。
我還想了解更多,所以稍後會繼續問教授。
……
【臥槽!一根香蕉每75分鐘產生一個正電子?童錦成你把全宇宙反物質濃縮到超市水果攤了?我直接笑噴加跪了!!】
【萬億分之一的不平衡才有了我們?那我們存在本身就是宇宙開掛啊!童錦成這波直接把我靈魂干懵逼!!】
【反物質雙胞胎見面別握手?費曼這老哥太損了,童錦成你繼續講,我已經腦洞炸裂到火星了!!】
【黑洞不是吸塵器?!我從小被星際迷航騙了二十年,童錦成你今天把我的童年按在地上摩擦!!牛逼!!】
【太陽系繞黑洞運行還能活?高級文明直接把黑洞當發電站開採?這操作我服到五體投地啊!!!】
【想給童錦成生猴子!香蕉產反物質、PET掃描用正電子、黑洞還能住人,這科普腦洞大得像開了白洞!!】
【一克反物質+一克物質=一顆核彈?一公斤直接一千顆原子彈?童錦成你別講了,我心臟要炸了!!】
【歐洲核子研究中心花幾十億就為了抓幾個反粒子?科學家們也太卷了吧,童錦成這視頻直接封神!!】
【黑洞附近停留隨便停,靠近事件視界才完蛋?這澄清太爽了,老子以前看科幻片全白看了!!】
……