Khi nào con người mới có thể làm chủ và sử dụng được phản vật chất?

Sở dĩ phản vật chất là trần năng lượng là vì phản vật chất và vật chất dương sẽ hủy diệt lẫn nhau khi chúng tiếp xúc. Trong khoảnh khắc ngắn ngủi vật chất và phản vật chất hủy diệt sẽ xảy ra một vụ nổ dữ dội, giải phóng toàn bộ năng lượng của khối vật chất và phản vật chất chồng lên nhau.

Tức là sự va chạm của 1 gam vật chất dương và 1 gam phản vật chất sẽ giải phóng toàn bộ năng lượng của 2 gam khối lượng vật chất. Tính theo công thức phương trình khối lượng-năng lượng, nó có thể giải phóng năng lượng 1,8^14J (Joules), tương đương với năng lượng của 50 triệu kilowatt điện hoặc vụ nổ của 43.000 tấn thuốc nổ TNT.

Nếu con người bây giờ muốn đến Sao Hỏa, nhiên liệu hóa học mà các phi thuyền tiêu thụ sẽ cần hàng chục triệu tấn, trong khi năng lượng phản vật chất được sử dụng sẽ chỉ tính bằng gam.

Năng lượng sạch và hiệu quả nhất mà con người đã phát hiện và cố gắng sử dụng ở thời điểm hiện tại là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Nhưng tỷ lệ chuyển đổi khối lượng thành năng lượng của quá trình này chỉ là bảy phần nghìn, thậm chí không bằng một phần nhỏ so với tỷ lệ chuyển đổi 100% của phản ứng giữa phản vật chất và vật chất dương.

Vì vậy, sự hủy diệt của vật chất và phản vật chất là một quá trình chuyển đổi khối lượng và năng lượng hoàn hảo, sau khi chuyển đổi không để lại dấu vết trên thế giới này, tức là không có dấu vết ô nhiễm. Nếu nguồn năng lượng này có thể được sử dụng cho sự tồn tại và phát triển của con người thì tất nhiên nó sẽ là mức trần cho việc sử dụng năng lượng.

Vậy phản vật chất có tồn tại trên thế giới này không?

Tất nhiên là nó tồn tại. Nghiên cứu khoa học đã chứng minh rằng các loại hạt cơ bản khác nhau cấu thành nên mọi vật chất trên thế giới đều có phản hạt của chúng. Các nhà khoa học đã thu được phản vật chất trong phòng thí nghiệm, tuy những phản vật chất này hiện mới chỉ ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử nhưng cũng đủ để chứng minh phản vật chất là có thật.

Cái gọi là phản vật chất là chất đối lập với vật chất bình thường trong thế giới của chúng ta, sự đối lập này không phải đối lập về bề ngoài mà ngược lại ở thành phần nội tại của nó. Ví dụ, tất cả vật chất dương nhìn thấy được đều được cấu tạo từ các nguyên tử, nguyên tử được cấu tạo từ hạt nhân nguyên tử và electron. Các proton trong hạt nhân mang điện tích dương, còn các electron chuyển động xung quanh hạt nhân mang điện tích âm. Khi dương và âm lệch nhau, vật chất trung hòa về điện còn phản vật chất thì hạt nhân mang điện tích âm và các electron mang điện tích dương.

Ngày nay, ngành hàng không vũ trụ thế giới đang phát triển nhanh chóng, việc hạ cánh lên Mặt Trăng và Sao Hỏa đã và đang trở thành hiện thực, tuy nhiên vẫn chưa thể kiếm được một gram phản vật chất, thậm chí một miligam.

Điều này đến từ việc vì có quá ít phản vật chất trong thế giới của chúng ta nên nó chỉ có thể tồn tại ở dạng hạ nguyên tử. Các hạt phản vật chất được phát hiện cho đến nay bao gồm các nguyên tử phản hydro, positron, proton âm, hạt phản alpha (antihelium-4), v.v. Phản vật chất nặng nhất là phản helium-4. Cần 1.505 nghìn tỷ hạt để có khối lượng 1 gam.

Ngày nay, những phản hạt này hầu như đều được tạo ra một cách nhân tạo bằng cách tiêu thụ một lượng năng lượng khổng lồ và số lượng được tạo ra được tính theo đơn vị hạt.

Ngoài ra, việc bảo tồn phản vật chất là điều cực kỳ khó khăn, bởi vì vật chất có ở khắp mọi nơi trên thế giới của chúng ta, và phản vật chất sẽ bị hủy diệt cùng với vật chất ngay khi nó được sinh ra và sẽ không tồn tại quá một phần nghìn giây.

Ở thời điểm hiện tại, các nhà khoa học đang cố gắn nghĩ ra mọi cách để bảo tồn và chế tạo các hạt phản vật chất đã thu thập được. Để làm được điều đó, các nhà khoa học cần tạo ra ít nhất hai điều kiện để cho phép các hạt phản vật chất bị bắt giữ ở lại thế giới này lâu hơn một chút.

Hai điều kiện đó là: Đầu tiên, chúng ta phải cố gắng giảm nhiệt độ của những hạt này xuống 0,5K, tức là âm 272,65 độ C, cực gần với độ không tuyệt đối, để những phản hạt này ở trạng thái năng lượng thấp và chuyển động chậm; thứ hai là dùng từ tính yếu của các hạt này để tạo ra một bẫy từ trường hay còn gọi là bẫy từ hoặc chai từ tính, để trói các phản hạt này ở trong đó mà không tiếp xúc với bất kỳ vật chất nào.

Tuy nhiên, với công nghệ hiện tại của con người, đáp ứng được cả hai điều kiện này là chưa thể. Bởi vì công nghệ này rất khó nên việc lưu trữ các hạt này trong bẫy từ trong thời gian dài là vô cùng khó khăn. Các nhà khoa học đã làm việc chăm chỉ trong nhiều thập kỷ và thời gian lưu trữ của phản hạt khó có thể kéo dài. Và thời gian lưu giữ tối đa ở thời điểm hiện tại chỉ có thể đáp ứng một số nhu cầu nghiên cứu.

Các nhà khoa học trên thế giới đã sử dụng nguồn tài nguyên khổng lồ và chi vô số tiền bạc cho nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, tổng lượng phản vật chất họ thu được chỉ là 15 nanogram.

Công nghệ hiện tại của nhân loại chỉ có thể sử dụng Máy Va chạm Hadron Lớn để tạo ra các hạt phản vật chất, theo tính toán khoa học, cần một bộ Máy Va chạm Hadron Lớn va chạm trong một nghìn năm mới tạo ra được một microgam phản vật chất.

Vì vậy, trước khi có sự đột phá trong các lý thuyết và công nghệ hiện có, viễn cảnh nhân loại sử dụng phản vật chất chỉ có thể là giấc mơ và không thể thành hiện thực.