《星际迷航》系列影迷们熟悉的星际飞船“企业号”应该使用一种叫做“扭曲驱动”的不可思议的技术，这是一种复杂的电源，其核心是反物质。据推测，反物质产生的能量足以让船上的船员绕行银河系进行冒险。当然，这样的发电厂是科幻小说中的作品。

然而，它似乎非常有用，以至于人们经常想知道，是否有一个涉及反物质的概念可以用来为星际飞船提供动力。事实证明，科学是相当可靠的，但要将这样一个梦想的电源变成可用的现实，确实存在一些障碍。

什么是反物质(antimatter)？

企业的力量来源于物理学预测的简单反应。物质是恒星、行星和我们的“物质”。它由电子、质子和中子组成。

反物质是物质的对立面，是一种“镜像”物质。它由粒子组成，这些粒子分别是各种物质的反粒子，例如正电子（电子的反粒子）和反质子（质子的反粒子）。这些反粒子在大多数方面都与它们的常规物质对应物相同，只是它们带有相反的电荷。如果它们能与普通物质粒子在某种空间中聚集在一起，其结果将是巨大的能量释放。理论上，这种能量可以为星际飞船提供动力。

反物质是如何产生的？

自然界确实会产生反粒子，只是数量不多。反粒子是在自然发生的过程中以及通过实验手段（如高能碰撞中的大粒子加速器）产生的。最近的研究发现，反物质是在风暴云上方自然产生的，这是在地球及其大气层中自然产生反物质的第一种方式。

否则，就需要大量的热量和能量来产生反物质，比如在超新星爆发期间或在太阳等主序星内部。我们远远不能模仿那些大规模的核聚变电站。

反物质发电厂如何运作

从理论上讲，物质和它的反物质等价物聚集在一起，并立即，顾名思义，相互湮灭，释放能量。这样的发电厂将如何构建？

首先，由于涉及巨大的能源，它必须非常小心地建造。反物质通过磁场与正常物质分离，因此不会发生意外反应。然后，能量的提取方式与核反应堆从裂变反应中获取消耗的热能和光能的方式大致相同。

物质反物质反应堆在产生能量方面的效率将比第二好的反应机制聚变（fusion）高出几个数量级。然而，仍然不可能完全捕获物质反物质事件释放的能量。大量的输出被中微子带走，中微子是几乎没有质量的粒子，它们与物质的相互作用非常弱，几乎不可能被捕获，至少是为了提取能量。

反物质技术的问题

关于捕获能量的担忧不如获取足够的反物质来完成这项工作的任务重要。首先，我们需要有足够的反物质。这是主要的困难：获得大量的反物质来维持反应堆。虽然科学家已经创造了少量的反物质，包括正电子、反质子、反氢原子，甚至是一些反氦原子，但它们的数量还不足以为任何东西提供能量。

如果工程师要收集所有人工制造的反物质，当与正常物质结合时，它几乎不足以点亮一个标准灯泡超过几分钟。

此外，成本将非常高。粒子加速器运行起来很昂贵，甚至在碰撞中产生少量反物质。在最好的情况下，生产一克正电子的成本大约为250亿美元。欧洲核子研究所的研究人员指出，制造一克反物质需要花费1000亿美元和1000亿年的运行时间。

显然，至少在目前的技术条件下，反物质的常规制造看起来并不乐观，这让星际飞船在一段时间内遥不可及。然而，美国宇航局正在寻找捕获自然产生的反物质的方法，这可能是一种在宇宙飞船穿越银河系时为其提供动力的有希望的方法。

寻找反物质

科学家们将在哪里寻找足够的反物质来完成这一任务？范艾伦辐射带是环绕地球的带电粒子的环状区域，其中含有大量的反粒子。这些都是由于来自太阳的高能带电粒子与地球磁场相互作用而产生的。因此，有可能捕获这种反物质，并将其保存在磁场“瓶子”中，直到船舶能够将其用于推进。

此外，随着最近在风暴云上方发现了反物质，有可能捕获其中一些粒子供我们使用。然而，由于反应发生在我们的大气中，反物质将不可避免地与正常物质相互作用并湮灭，很可能在我们有机会捕获它之前。

因此，虽然它仍然相当昂贵，而且捕获技术仍在研究中，但有一天可能开发出一种技术，以比地球上的人造物更低的成本从我们周围的太空收集反物质。

反物质反应堆的未来

随着技术的进步，我们开始更好地理解反物质是如何产生的，科学家们可以开始开发捕捉自然产生的难以捉摸的粒子的方法。所以，有一天我们可以拥有像科幻小说中描述的那样的能源并非不可能。

-由卡罗琳·柯林斯·彼得森编辑和更新