暗物质研究--中国率先研制100拍瓦超级激光器,实现撕裂真空现象

『暗物质』研究---中国大陆率先研制『100拍瓦超级激光器』,实现『撕裂真空(breaking the vacuum)』现象

暗物质研究--中国率先研制100拍瓦超级激光器,实现撕裂真空现象

2018年1月24日,美国《科学周刊》网站以《中国超级激光器可能撕裂真空》文章称,2018年中国大陆准备在上海建造一座『100拍瓦激光器』的超强雷射站,此举将使得中国大陆走到了全世界的科技前沿。

2010年,全球科学家们在《物理评论快报》上曾共同发表了一则『预言』---功率足够大的激光器,可以使得真空中出现电子,这意味着可以从无到有的制造出一些东西。

美媒称,中国大陆物理学家们将要建造的激光器,强大到足以从『真空』中剥离出『物质』。报导称,想象电子可以在『真空』中出现,也许有点怪异,但从『量子电动力学(QED)』的观点来看,这有意义得多了。

暗物质研究--中国率先研制100拍瓦超级激光器,实现撕裂真空现象

『真空』并非空无一物,而是由密集的、成对的『物质和反物质』所组成。量子电动力学(QED)理论认为,由于量子力学的不确定性,在短得难以注意到的时间里,电子和正电子相互闪烁存在,由于相互之间的吸引力,它们在碰撞时会直接湮灭,释放出能量。

然而,在非常高强度的雷射光脉冲下,电场强度或许有机会打破电子和正电子间的吸引力,并促使它们开始摆动发出伽马射线,并在后续过程释放出足以探测到的辐射量,进而巩固量子电动力学的预测及理论。

因此,认为中国大陆研制的『100拍瓦激光器』,能够让『成对分子』进入人类的感官世界,其强大的能量束,可使研究人员能够以探测得到的方式,将这些『成对分子』拉开,即电子和正电子,进而可探索研究『反物质』或『暗物质』与『暗能量』。事实上,在2017年3月中国大陆科学家首次利用超强超短雷射产生出『反物质』。

暗物质研究--中国率先研制100拍瓦超级激光器,实现撕裂真空现象

建造功率强大到足以做到这点的激光器,在技术上很难,造价也很昂贵,是个挑战。正如《科学》周刊所报导的,100拍瓦相当于全球电网平均功率的5万倍。目前『上海超强超短雷射实验装置』是全球功率最大的激光器,2017年6月成功实现了10拍瓦雷射放大输出,这是继2016年8月成功实现5拍瓦国际领先成果之后,再次取得的重大进展。

《科学》周刊指出,中国大陆上海团队计划建造一个称为『极光站(SEL)』、能产生 100 拍瓦的雷射装置,透过与 20 公尺深的地下室配合,能够创造出极端的温度与压力条件,对于天体物理和材料科学的研究都相当有帮助。但未来中国大陆的『100拍瓦激光器』,又将如何能够实现100拍瓦这样巨大的功率水平呢?

《科学》周刊报导解释说,功率是两个因素的函数:能量和时间。1秒之内发射1焦耳能量,这就是1瓦,但在100万分之一秒内发射1焦,那就是100万瓦,即1兆瓦(10的6次方瓦),而1拍瓦则等于10的15次方瓦。所有超级激光器都以一种或另一种方式,在短时间内发射大量能量,放大它,并使能量束弯曲,这样所有能量都在甚至更短的时间内到达目标。

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欧盟原计划于2017年研制数台『10拍瓦超强超短雷射装置』,同时为下一步研制『200拍瓦级超强雷射大科学装置』打下基础,但因经费问题而搁置。

日本、俄罗斯、美国等国也在进行超高功率超强雷射装置的研制。美国科学家计划升级其位于纽约罗切斯特大学的OMEGAEP激光器,使其功率达到75拍瓦。然无论是200拍瓦也好,还是75拍瓦也罢,没打好『10拍瓦超强超短雷射装置』的基础研制功夫,都将是枉然的。