大自然中的“反狀態(tài)”

高　坳

在現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展的今天，科學(xué)家開始對(duì)一些自然現(xiàn)象的“反狀態(tài)”予以關(guān)注，并采取積極的措施加以開發(fā)利用，使之更好地為人類社會(huì)服務(wù)。

“反物質(zhì)嶄露頭角

反物質(zhì)概念由英國(guó)物理學(xué)家保羅，狄拉克最早提出。他在20世紀(jì)30年代預(yù)言，每一種粒子都應(yīng)該有一個(gè)與之相對(duì)的反粒子，例如反電子，其質(zhì)量與電子完全相同，而攜帶的電荷正好相反。

反物質(zhì)是正常物質(zhì)的反狀態(tài)，當(dāng)正反物質(zhì)相遇時(shí)，雙方就會(huì)相互湮滅抵消，發(fā)生爆炸并產(chǎn)生巨大能量，其能量釋放率要遠(yuǎn)高于氫彈爆炸。科學(xué)家認(rèn)為，宇宙誕生之初曾經(jīng)產(chǎn)生了等量的物質(zhì)與反物質(zhì)。后來(lái)，由于某種原因，大部分反物質(zhì)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)。再加上有的反物質(zhì)難于被觀測(cè)，所以，在我們看來(lái)當(dāng)今世界主要是由物質(zhì)組成。

歐洲航天局的伽馬射線天文觀測(cè)臺(tái)，證實(shí)了宇宙間反物質(zhì)的存在。他們對(duì)宇宙中央的一個(gè)區(qū)域進(jìn)行了認(rèn)真的觀測(cè)分析。發(fā)現(xiàn)這個(gè)區(qū)域聚集著大量的反物質(zhì)，此外，伽馬射線天文觀測(cè)臺(tái)還證明，這些反物質(zhì)來(lái)源很多，它不是聚集在某個(gè)確定的點(diǎn)周圍，而是廣布于宇宙空間。

科學(xué)家對(duì)太陽(yáng)耀斑進(jìn)行觀測(cè)分析后發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)耀斑在釋放出大量能量的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生反物質(zhì)，太陽(yáng)耀斑是一種最劇烈的太陽(yáng)活動(dòng)，最大的太陽(yáng)耀斑釋放出的能量，相當(dāng)于10億顆100萬(wàn)噸級(jí)核彈的威力，

北美洲北部地區(qū)受地球磁場(chǎng)和大氣影響較小，自1933年以來(lái)，日美研究小組就在那里用氣球進(jìn)行反物質(zhì)觀測(cè)。為了不讓氣球飛跑，必須采取當(dāng)天回收的辦法。而在南極上空，氣球可持續(xù)飛行兩周，觀測(cè)數(shù)據(jù)能大幅度增加。為此，一個(gè)由日本和美國(guó)科學(xué)家組成的研究小組，計(jì)劃在南極上空放飛氣球，目標(biāo)是觀測(cè)低能反質(zhì)子和反氦原子核、捕捉反物質(zhì)天體釋放出的反粒子，尋找反物質(zhì)天體存在的證據(jù)。

反物質(zhì)潛在且十分誘人的用途，是用來(lái)制造星際航行火箭的超級(jí)燃料，將氫和反氫混合湮滅來(lái)獲得能量，0.01克這種燃料所產(chǎn)生的推力相當(dāng)于120噸由液態(tài)氫和液態(tài)氧組成的傳統(tǒng)燃料。攜帶反物質(zhì)進(jìn)行星際旅行，可以減少攜帶的燃料質(zhì)量。目前，人們發(fā)現(xiàn)和制造的反物質(zhì)粒子雖然不多，但正電子作為反物質(zhì)的一種形式，已經(jīng)有了許多實(shí)際用途。例如，正電子發(fā)射X射線層析照相術(shù)(PET)，醫(yī)生利用PET掃描不僅能得出病人軟組織的詳細(xì)圖像，而且能夠觀察人們體內(nèi)的化學(xué)過(guò)程以及在進(jìn)行認(rèn)知活動(dòng)時(shí)大腦各部分消耗“燃料”的速度。

“反重力”作用奇妙

1923年，一位技術(shù)人員在進(jìn)行電力試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電容器極板間的電壓達(dá)到7萬(wàn)～30萬(wàn)伏時(shí)，整個(gè)電容器會(huì)沿著正極方向快速移動(dòng)，移動(dòng)速度可達(dá)每小時(shí)幾百千米。后來(lái)，他利用這個(gè)原理，在一個(gè)直徑為38厘米的碟形模型上，成功地使其帶動(dòng)重物快速移動(dòng)。這個(gè)碟形模型既沒(méi)有推進(jìn)器，也沒(méi)有噴射裝置，更沒(méi)有任何移動(dòng)裝置，而且，碟內(nèi)的重物在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)也沒(méi)有被移動(dòng)的反應(yīng)，因?yàn)椋鼈円餐瑯犹幱谧冃蔚木植恐亓?chǎng)中。

這個(gè)碟型裝置試驗(yàn)使人們感受到了“反重力”的奇妙作用。原來(lái)，高壓帶電的電容器，自身形成了一個(gè)人造重力場(chǎng)，這個(gè)重力場(chǎng)能夠抗衡地球重力，從而使電容器在沒(méi)有外力的情況下移動(dòng)。

1992年，芬蘭制造了一個(gè)直徑為145厘米、厚度為6厘米的超導(dǎo)盤，當(dāng)超導(dǎo)盤溫度降到-233℃時(shí)，將其置于一個(gè)交變電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，超導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流受到電磁力的作用，使得超導(dǎo)盤跟著磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。超導(dǎo)盤的轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘5000轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)奇怪的現(xiàn)象出現(xiàn)了：置于超導(dǎo)盤上的物體喪失了百分之一的重量；而且旋轉(zhuǎn)速度越快i物體的重量喪失得越多。后來(lái)證實(shí)，這是由于“重力屏蔽”作用減少了地球?qū)ξ矬w的引力，從而使得物體重量喪失。

現(xiàn)在，加拿大、法國(guó)和美國(guó)的研究人員。都計(jì)劃在宇宙飛行器的底部裝上重力屏蔽裝置，對(duì)此，物理學(xué)家聲稱，即使很小的推動(dòng)力，對(duì)宇宙飛行器來(lái)說(shuō)，也是至關(guān)重要的，美國(guó)航空航天局的一個(gè)研究小組，經(jīng)過(guò)兩年的努力，終于獲得批準(zhǔn)建造認(rèn)為可以屏蔽物質(zhì)重力的裝置。實(shí)驗(yàn)若是獲得成功，將改變重力這個(gè)自然界最基本的作用力。

反重力控制是人類多年來(lái)的夢(mèng)想，因?yàn)橛靡话愕耐苿?dòng)力，飛船以極高加速度運(yùn)動(dòng)，對(duì)飛船本身是極度危險(xiǎn)的，會(huì)將其中的東西以極大的壓力壓向飛船的尾部和側(cè)面。而如果有反重力，則完全不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題，未來(lái)火箭和內(nèi)燃機(jī)將不再存在，取而代之的將是以重力和反重力作為推進(jìn)力的太空船或是航空器，以及日常生活中常用的車、船、電梯等新型現(xiàn)代設(shè)施，

“反參透”推廣應(yīng)用

滲透一詞來(lái)源于希臘文osmos，意指一種推動(dòng)力，是自然界常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，比如將一根黃瓜放入鹽水中，黃瓜就會(huì)因失水而變小，黃瓜中的水分子進(jìn)入鹽水溶液的過(guò)程就是滲透過(guò)程。所以說(shuō)，滲透作用就是某種溶劑通過(guò)半透膜(一種允許溶劑分子通過(guò)，不允許溶質(zhì)分子通過(guò)的膜)，從低濃度溶液向高濃度溶液轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，滲透作用所形成的流體靜壓叫滲透壓。

然而，若在濃溶液側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的壓力時(shí)，濃溶液中的溶劑會(huì)向稀溶液流動(dòng)，即與原來(lái)滲透作用的溶劑流向相反，這一現(xiàn)象被稱為“反滲透”。如果將鹽水加入設(shè)施的一端，并在該端施加超過(guò)該鹽水滲透壓的壓力，我們就可以在另一端得到純水。

反滲透技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)和最節(jié)能有效的膜分離技術(shù)。由于反滲透膜的膜孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等，去除率可以高達(dá)97％～98％。

反滲透設(shè)施生產(chǎn)關(guān)鍵在于反滲透半透膜。上有眾多的孔，這些孔的大小與水分子的大小相當(dāng)，由于細(xì)菌、病毒、大部分有機(jī)污染物和水合離子均比水分子大得多，因此不能透過(guò)反滲透半透膜而與透過(guò)反滲透膜的水相分離。目前，膜污染是反滲透應(yīng)用中的最大問(wèn)題，現(xiàn)在已有幾種抗污染性能強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、清洗頻度低且易清洗的低污染膜問(wèn)世。

普通水處理時(shí)反滲透膜的使用溫度為0℃～45℃，但在需要耐90℃高溫殺菌的特殊場(chǎng)合，可使用耐高溫、耐化學(xué)藥品的反滲透膜，此外，各種有特殊膜元件結(jié)構(gòu)的食品級(jí)或衛(wèi)生級(jí)的反滲透膜也開始應(yīng)用，另?yè)?jù)報(bào)道，挪威能源集團(tuán)經(jīng)過(guò)10年技術(shù)研發(fā)，現(xiàn)已投資1億克朗，在布斯克呂德郡建設(shè)世界首個(gè)試驗(yàn)型海洋滲透能發(fā)電廠。這座新型電廠預(yù)計(jì)于2008年底完工。至2015年，發(fā)電廠可以將其電力正常進(jìn)入入網(wǎng)狀態(tài)，到那時(shí)，海洋滲透能將成為重要的綠色能源，供人類社會(huì)使用，

(文章代碼：1802)

[責(zé)任編輯]龐 云