LOFTER for ipad —— 让兴趣,更有趣

点击下载 关闭
【苍穹之子】第八章 超固态(1)
木辛 2023-01-07

回到目录

资料:哈伦·拉希德的演讲(D2045-7)

女士们,先生们:

首先,让我们一起欢迎参加“国际青年物理学者夏令营”的同学们!你们是从世界各地选拔而来的、物理学的明日之星,未来属于你们!

另外,也感谢资助本次活动的埃美克森能源公司,还有远道而来的各位媒体朋友。在这个特别的时间点,我们相聚在这里——在这座诺亚方舟最先停靠的地方。雅法,或叫特拉维夫,标志着大洪水的结束、新人类与新纪元的开始。

非常荣幸地,我也将在此与大家分享物理学的新纪元。

你们应该知道我接下来要说什么了(笑)。没错,就是你。昨天的冷餐会上,你问了我一个问题——如何获得诺贝尔奖,而且是两次?

我的回答很简单:先发现超级材料“冷沸钢”,然后发明可控的“核同质异能素”——就像我、埃里克·里德尔和安东·伊万诺夫所做的那样。就这么简单!

但事实上,我也不得不承认,连我自己都没法搞明白为什么我们能成功解决这些难题。那是一系列偶然机遇叠加的产物,不可复制。说是神明的馈赠也不为过。

请允许我花几分钟时间自吹自擂,为大家介绍这两项划时代的发明。

“核同质异能素”并不是全新的概念。它是一种超高能储能材料,能量密度略低于核裂变,但远高于化学燃料,相当于TNT炸药的几万倍。用它制造的电池,可以让手机续航五年;用它制造燃料,可以让空天飞机单级进入太空轨道,或让波音797客机不加油地绕地球飞行一百圈!

因为它的超级能源属性,从上世纪80年代起,各核大国对此就开展了广泛而深入的研究,尤其是冷战期间的美苏两国,将其列入“第四代核武器”开发的关键环节。但这种物质的能量释放非常困难。要么岿然不动,要么突然爆炸,非常棘手。

第一个进展发生在2019年8月8日。俄罗斯海军、核武器综合体(NWC)与国家核电公司(ROSATOM)使用中子催化法成功引爆了8克“核同质异能素”,释放了超乎想象的伽马射线辐射。爆炸摧毁了海军实验室,也毁灭了所有的研究数据。

随后,在2022年12月13日,美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室宣布,国家点火装置(NIF)的惯性约束核聚变成功输出净能量,引起轩然大波。但三年后才证明,那些能量来源并不是核聚变,而是X射线激光脉冲激发的“核同质异能素”。那次的数据同样丢失了,因为伽马射线辐射摧毁了传感器的存储单元。

事实证明,中子催化法、X射线激光脉冲法都无法令“核同质异能素”稳定可控地释放能量。我们需要一种全新的“扳机”。

2043年,我和安东·伊万诺夫成功制造了伽马射线“扳机”,解决了178Hfm2的能量释放难题。因为涉及军用,具体细节不便透露。唯一能说的是,这种“扳机”必须要使用“冷沸钢”来制造。

所以说,一切的缘起还是来自于“冷沸钢”的发现。

 

“冷沸钢”的发现更加偶然、也更加费解,请大家费点耐心,和我一起回顾这段神奇的旅程。

在2043年的早些时候,在一起高能粒子加速器的意外事故中,我和埃里克·里德尔发现了一种奇特的七夸克三重子。

现代科学告诉我们,物质的微观结构是一只“俄罗斯套娃”。分子由原子组成,原子由电子和原子核组成。原子核内又有质子和中子。质子、中子统称为“强子”。一个“强子”由三个更微小的粒子“夸克”组成。其实,这里称它们为粒子是不准确的,它们更像三簇不同颜色的闪电风暴,被胶子束缚在那仅有十亿亿分之一米直径的牢笼中,以光速疯狂地冲撞着,却被宇宙中最坚固的牢笼束缚,永世不得脱身。更小的结构我们就不知晓了。我们只知道,由两个夸克组成的“介子”和三个夸克组成的“强子”占据我们已知物质的99.999...9%。你所见的桌子和水杯,风和云,太阳和星星,还有你和我,都是有这样的强子组成的。

但是,在21世纪的高能物理实验中,我们还发现了某些极为罕见、寿命极短的物质粒子,它由超过三个夸克组成。譬如十五年前发现的六夸克H子,以及我们发现的这种七夸克粒子。

因为它很奇特,且含有三个奇异夸克,我们就叫它S粒子吧。

S粒子不是一种新粒子,而是一个“强子”和两个“介子”的融合,有点像水分子。2015~2018年,欧洲核子中心的LHC加速器中就出现过它,只是当时的数据浩如烟海,分析人员没有留意罢了。

这种三重子具有很独特的量子色动力学特点,能共振,能产生“氢键”——给媒体朋友们解释一下:“氢键”是水分子间的一种作用力,产生自电磁力极化后的溢出;而这里的“核氢键”是S粒子间的作用力,强相互作用力极化后的溢出,强度是电磁力的几百万倍。

新发现就像盛夏的暴雨,总是在意想不到的时候扑面而来。

2043年4月的一个早上,埃里克·里德尔一反常态,连睡衣都没换,就像发了疯一样把我弄醒,还把咖啡洒到了我的床上。他说高能粒子加速器发生了爆炸。在生成S粒子的实验开展前,一名研究人员的孩子——一个喜欢恶作剧的六岁小姑娘,将一些人体组织弄进了加速器的试验段。

这不会有什么灾难性后果。毕竟,没有人员伤亡,最多就损坏了一些设备而已,不值得那样大惊小怪,更不值得他弄洒珍贵的哥伦比亚咖啡。但埃里克说,有一束百万亿电子伏的高能粒子击中了一小部分人体组织,在产生S粒子之外,还产生了一些我们意想不到的、有趣的效应。

放心,我们没有制造出沙人【1】,只是让S粒子变得更“奇异”了。

你们看过电影《来自地球的男人》吗?在生命不过百年的普通人类之间,一个男人号称自己活了二十亿年,并给出了种种证据,连最博学的历史教授也没法驳倒他。这就像是我们发现的怪事。

S粒子的寿命本来只有10亿分之一秒,就像梦幻泡影一般,瞬间就会衰变消失。但是,当它与人体组织中的某些蛋白质大分子结合后,竟然获得了长达627秒的寿命!

我们立刻做了衍射光谱分析,确认了那种蛋白质是微管蛋白。

微管是人体细胞中最常见的结构之一,又被称为“细胞骨架”。典型的微管直径约为25纳米,长度从几百纳米到几米不等,是中空的管状结构,在其表面还镶嵌着由α单体(alpha-tublin)和β单体(beta-tublin)组合而成的微管蛋白。它的形状就像是串在一起的花生,或是,像一种来自中国的特色小吃——麻花。它的内部是具有电性或磁性的偶极子。因为某种“量子效应”,它与S粒子紧密结合在一起,形成了长时间稳定的络合物。

本来我们不会想到那是量子效应的。常言道“遇事不决,量子力学”,在奥卡姆剃刀之下,我们大可以将它视为数据错误,完全没必要用这种玄奥的理论去强行解释它。

但我突然想到,早在2014年,物理学家罗杰·彭罗斯就曾预言过这种“量子效应”!

抱歉,我忍不住想向各位介绍一些细节,可能略显专业,媒体的朋友们可以跳过。

微管蛋白的主要结构是13根纵向的纤维柱(protofilaments),它们在微管联结蛋白的联结下构成微管管壁,而原纤维的横向联结又形成了两种不同类型的六角形晶格,内部是偶极子。这样的特殊结构使得相邻微管蛋白在微管自身振荡下发生构像(conformation)上的转换,从而导致微管蛋白内的偶极子产生运动状态的耦合态,即量子系统中的量子相干效应。

看来大家还没听懂。这么说吧,S粒子中的“核氢键”是一把儿童小提琴,拉一下琴弦就会振动,但它太小了,声音在10亿分之一秒内就会消逝;微管蛋白中的偶极子是一台巨型管风琴,弹奏一下,声音可以回荡几百秒的时间。

有趣的是,在发生量子相干之后,两种琴声共振了!它们互相耦合,互相激励,产生了长达627秒的悠长“回音”!

这种“强相互作用力”和“电磁相互作用力”的共振,是我所见过的最神奇的物理现象,目前学界尚无理论解释。但它确实赋予了这种材料不可思议的性质——超级坚硬,也超级柔韧,比强度可以达到钢铁的几万倍!

它简直是梦想中的终极材料,是来自天国的砖瓦!

最近,我们初步阐明了它的强度机理,称之为“钢筋混凝土”理论:S粒子作为“钢筋”,以强相互作用结合,具有超级高的强度,但密度也极大,和中子星物质相当;蛋白质分子作为“泥土”,以电磁相互作用结合,软弱松散,但密度很低。将两种材料混合后,叮!它就形成坚硬、柔韧又轻便的超级复合材料了!

不仅如此,通过调节S粒子和蛋白质大分子的比例,你就可以调节这种材料的强度、密度,可以制造削铁如泥的利刃,也可以制造能承受几万度高温的熔炉。

这就是我们发现“冷沸钢”和“核同质异能素”的经过。

借用牛顿的话说,我、埃里克和伊万诺夫只是海滩上拾贝的孩子,捡到了这两件被海浪冲上岸的宝藏。这片海滩上有很多人,但大部分人都对这宝藏视而不见。我们两人之所以能看见,是因为我和埃里克都深刻地意识到:“现状需要改变”。

二十年前,我们就目睹过种种怪现状:科技发展停滞。疾病大流行。全球气候恶化。经济大萧条。贫富差距拉大。歧视不断蔓延。战争的阴云在不同的国旗、肤色、语言之间徘徊,仇恨也在不同的性别、不同的职业、不同的年龄、甚至在不同的互联网账号之间酝酿......

现状需要改变。旧的做事方式行不通。如果你身边的人都在互相谩骂、舞刀弄枪,你拿几次诺贝尔奖都不再重要。你们这一代人肯定也意识到了这一点。现在比以往任何时候都更需要你们,这是你们的时刻。

你们也许会问:在这种时刻,物理学能做什么?

我的回答是——去做牛顿,去做爱因斯坦,去探索更多的未知,用科学去跨越那条从“兽”到“超人”的桥梁!

科学的美妙就在于此。已知是有限的,未知是无穷的。哪怕是对于“核同质异能素”和“冷沸钢”,我们还有太多的未知。

譬如,当温度降低到液氦区间,也就是零下269摄氏度的时候,坚固的“冷沸钢”会突然软化瓦解,变成普通材料。这是它的名字“冷沸”的来源。我们怀疑这和量子退相干有关,但为什么在低温下反而会退相干,至今我们还一头雾水。

但这并不妨碍这两种发明为人类做贡献。在美国海军、美国能源部和埃美克森能源集团的资助下,这些基础物理成果将迅速转化为工业生产力,转化为经济效益,转化为股市的繁荣,让人类走进崭新的美好纪元。我们终将成为地球与太阳系的真正主宰。

而在座的你们,年轻而未来无限美好的青年物理学家们,是这个新纪元最光荣的见证者。而你们也将做出自己的发现,给人类带来一个自由、和平、公正、幸福而充满无限可能的未来。

未来的世界,未来的人类,必将跨越那条通往“超人”的绳桥,迈向更广阔的星空与大海。

下一节

 【1】沙人:漫威电影《蜘蛛侠3》中的反派角色,因为误入了粒子加速器而变成了超能力者。


推荐文章
评论(4)
联系我们|招贤纳士|移动客户端|风格模板|官方博客|侵权投诉 Reporting Infringements|未成年人有害信息举报 0571-89852053
网易公司版权所有 ©1997-2023  浙公网安备 33010802010186号 浙ICP备16011220号-11 增值电信业务经营许可证:浙B2-20160599
网络文化经营许可证: 浙网文[2022]1208-054号自营经营者信息工业和信息化部备案管理系统网站12318全国文化市场举报网站
分享到
转载我的主页