《星際迷航》電影系列的粉絲們對星際飛船“企業號（StarshipEnterprise）”使用一種叫做曲速驅動（Warp Drive）技術記憶猶新，該飛船動力來自以反物質為核心的動力源。當然，這樣的“發電廠”目前僅存在於科幻小說的作品中。

星際飛船“企業號（StarshipEnterprise）”

難道以反物質為核心的動力源不能用於現實的星際飛船麼？事實證明，這種技術是相當可靠的，但還存在一些技術難題，這些技術難題阻礙了把這樣一個夢想的能源，變成一個可用的現實。

什麼是反物質？

《星際迷航》電影中“企業號”動力來源，是物理學預測的物質與反物質結合的簡單反應。眾所周知，物質由電子、質子和中子組成，列如恆星、行星、星雲和我們都是由這些基本粒子組成。

反物質是物質的對立面，是一種“鏡像”物質。它由粒子組成，這些粒子分別是物質各組成部分的反粒子，如正電子（電子的反粒子）和反質子（質子的反粒子）。這些反粒子在大多數方面與它們的常規物質對應物相同，只是電荷相反。如果它們能在某個空間中與規則的物質粒子結合在一起，將釋放出巨大的能量的巨大。理論上，這種能量可以驅動一艘星際飛船。

反物質是如何產生的？

自然界確實會產生反粒子，也可通過實驗手段產生的，例如在高能碰撞中的大粒子加速器中。最近的研究發現，在地球上自然產生反物質的最有效的方法，是在風暴雲之上自然產生。

想要產生大量的反物質，需要消耗大量能量，比如在超新星時期或者在主序恆星內部就存在大量的反物質，比如太陽。但遺憾的是，我們還遠不能模仿那些大規模的核聚變“工廠”。

反物質發電廠如何運作 ?

理論上，物質和它的反物質等價物結合在一起，就會立即互相湮滅，同時釋放出巨大的能量。這樣的發電廠將如何建設？

首先，由於涉及大量能源，必須非常仔細地建造它。反物質將被磁場與正常物質分開，因此不會發生意外反應。然後，能量的提取方式與核反應堆捕獲裂變反應中消耗的熱量和光能的方式大致相同。

（上圖：一種反物質燃料發動機的概念圖，稱為先進的正電子火箭發動機。它作為正電子在發動機內部爆炸材料，產生動力和推力。）

物質與反物質反應堆在產生能量方面比核聚變反應(聚變反應下一個最佳反應機制）效率高出一個數量級。然而，人類目前的技術仍然不可能完全捕獲物質反物質事件釋放的能量。大量的輸出被中微子帶走，中微子幾乎是無質量的粒子，它們與物質相互作用非常弱，以至於它們幾乎不可能捕獲。

反物質技術的問題

捕獲物質與反物質湮滅時產生的能量是一個難題，但更重要的是獲得足夠反物質來完成這項工作。首先，我們必須有足夠的反物質才能維持反應堆，這是最大的困難。雖然科學家們已經創造了少量的反物質，包括正電子、反質子、反氫原子，甚至一些反氦原子，但它們的數量還不足以為任何東西提供能量。

對撞機

如果工程師們收集所有人工產生的反物質，當與正常物質結合時，釋放出的能量，幾乎不足以點亮標準燈泡超過幾分鐘。

而且，成本會非常高。粒子加速器的運行成本很高，在最好的情況下，生產一克正電子需要250億美元。歐洲核子研究中心的研究人員指出，要產生一克反物質，需要花費1000萬億美元和1000億年的時間來運行加速器。

顯然，至少就目前的技術而言，常規生產反物質看起來並不樂觀，這使得星際飛船在一段時間內無法企及。然而，美國宇航局正在尋找捕捉自然產生的反物質的方法，這可能是宇宙飛船穿越銀河系時提供動力的一種有希望的方法。

尋找反物質

科學家們會在哪裡尋找足夠的反物質來完成這一任務呢？在地球的上空環繞著一個範艾倫輻射帶，這個環形區域含大量的反粒子。它們是由來自太陽的高能帶電粒子與地球磁場相互作用而產生的。所以有可能捕獲反物質並將其保存在磁場“瓶子”中，直到宇宙飛船可以利用它來作為推進能源。

範艾倫輻射帶

此外，隨著最近在風暴雲上方發現反物質的產生，我們有可能捕獲其中一些粒子以供我們使用。然而，由於反物質的反應發生在我們的大氣中，因此在我們有機會捕獲它之前，反物質不可避免地會與正常物質相互作用並湮滅。

因此，儘管它仍然相當昂貴，捕獲技術仍在研究中，但總有一天可能開發出一種技術，可以從我們周圍的空間收集反物質，其成本低於地球上的人工創造。

反物質反應堆的未來

隨著技術的進步，我們開始更好地理解反物質是如何產生的，科學家們已經開始開發捕捉自然產生的反物質粒子的方法。所以，我們可能在未來某一天擁有像科幻小說中描述的以反物質為核心的動力源。