正反物質湮滅與陽電子砲—— 阿宅物理(2) - PanSci 泛科學

前一回，我們討論了第十二使徒製造的狄拉克海[1]以及反物質——但仍存在一些未解的謎題：為什麼四號機啟動S2機關發生意外後，狄拉克海會讓整個「聯合國 ... 032文字分享友善列印032科技能源萬物之理讀寫科學正反物質湮滅與陽電子砲——阿宅物理(2)科學大抖宅・2015/09/15・2678字・閱讀時間約5分鐘・SR值577・九年級＋追蹤前一回，我們討論了第十二使徒製造的狄拉克海[1]以及反物質——但仍存在一些未解的謎題：為什麼四號機啟動S2機關發生意外後，狄拉克海會讓整個「聯合國直屬特務機關NERV第二支部」及23778平方公里的內華達州消失呢？為了解釋這個現象、並滿足內心的阿宅魂，我們得更深入地從反物質的特性開始探索。

假設，我們對狄拉克海裡能量為-E的電子施予2E的能量，使它的能量增加到+E，如下圖：原本空無一物（負能量的狄拉克海我們看不到）→能量-E的電子得到2E，變成帶能量E，並遺留能量-E的空洞。

依上篇文章所述，狄拉克海裡的空洞，在我們看來會是正能量的反粒子——但故事還沒結束！因為電子帶負電，一旦海裡少了電子的負電，我們只會覺得是多出了正電（請記住，減掉-1會等於加上+1）。

換言之，只要是帶電的粒子，它的反粒子永遠都是持相反電荷！同時，根據之前的方程式E2-m2c4=p2c2，不管是正能量抑或負能量的解，都是共用同一個m，也就是說，粒子與其反粒子帶有相同質量。

現在先總結一下：我們給予了2E的能量，不但得到了一個能量E、帶負電的電子（右圖上方的藍點），還附送能量E且帶正電的反電子（又稱為正子，右圖下方海裡的空洞），天底下有這麼好康的事嗎？物理學家告訴你，不但有，還一定必須如此：我們付出兩單位能量，也收穫兩單位能量，這個過程遵守能量守恆定律；原本的狄拉克海我們看不到電荷，現在則有了一正一負的電荷，總電荷保持不變，遵守了電荷守恆定律。

[2]不過，就像精彩的電影總要留伏筆，上述故事也暗示了驚人的事實：能量可以憑空產生一對正反粒子！我們或許聽說過原子彈的原理，就是利用愛因斯坦的著名公式E=mc2（能量=質量×光速平方），將質量轉換成巨大的爆炸能量；反過來說，其實能量也可以轉換成質量（只不過，能量E至少要等於產生的粒子質量m乘上c2才行），就像我們剛才把能量換成一對正反電子——質量與能量間可以互相轉換。

喔傑克，這真是太神奇了！最後，作為故事的結局，所有粒子都有相應的反粒子——它們在反物質的世界都有自己的雙胞胎同伴。

只不過，有些粒子獨來獨往慣了，不喜歡有另一個自己：它要當自己的反粒子。

以光為例，我們把組成光的粒子稱為光子（photon），它是自己的反粒子、一人分飾兩角。

日常生活中，這其實也並不那麼難理解，例如：典型的亦正亦反：布袋戲裡的黑白郎君（出處：天地風雲錄之魔戮血戰第34集）至於四號機啟動S2機關，和NERV第二支部的消失，究竟又跟前面所述有什麼關係？根據狄拉克海的示意圖，試著想像：當能量E的電子（除了動能外，電子的質量也算在能量E裡面），回到海洋的空洞中會發生什麼事呢？沒錯，我們會觀察到電子與正子相結合、消失、並釋放出2E的能量，這也就暗示NERV第二支部的命運了。

我們肉眼所見的所有物體都是由原子構成，原子又包含了原子核（由質子和中子組成）與環繞其外的電子。

當質子、中子和電子與它們的反粒子相遇，大多數都成了能量、以光的形式散發；少部份則透過更複雜的作用轉變成其他諸多粒子。

無論如何，都不會是原本的物體型態。

換句話說，聯合國直屬特務機關NERV第二支部，及23778平方公里的內華達州，已經完全消散在世界中，並留存在我們心底。

物理上，我們將此慘絕人寰事件正反粒子結合並產生光或其他粒子的過程稱為湮滅（annihilation），跟蘇軾念奴嬌（赤壁懷古）「檣櫓灰飛煙滅」的煙滅不是同一件事[3]。

如果各位常接觸日系科幻動漫、電玩，可能曾看過「陽電子砲」一詞，顧名思義，即為以發射陽電子（正子的日文用法）作為攻擊手段；而一旦被大量的正子打中，下場怕是相當悽慘（很恐怖，不要問）。

＜新世紀福音戰士＞裡的陽電子砲（出處：TV版第6話）But！人生最厲害就是這個But！既然宇宙中有粒子組成的物質、也有反粒子組成的反物質，閒不下來的努力不懈、懷抱著好奇心與求知慾的科學家便不禁要提出疑問：「這樣的話，為什麼我們的世界幾乎都是由物質組成的呢？而反物質卻如此稀少（有見過的朋友請舉手）？」對此，有幾種可能的解釋：或許在宇宙其他角落，有著由反物質組成的世界。

然而，根據天文學的觀測，目前我們並沒有發現這樣的證據。

宇宙誕生的時候，物質就是比反物質要多一點。

而當大部分的正、反物質湮滅之後，剩下的就是我們今日所看到的宇宙—-幾乎由物質組成，反物質只在非常稀少的狀況下得見。

宇宙最初擁有同樣數量的正、反物質，但是在成長的過程中，因為一些特殊的條件與作用，使得物質在某個時期產生得比反物質來得多，以致於形成我們現在的物質宇宙。

其他。

等你來作答！物質與反物質湮滅並產生光子。

（圖片來源：奧勒岡大學課程網頁）很顯然的，這個問題的答案將可以更幫助我們理解宇宙的生成與發展。

現已有許多學者致力於提出可靠的理論，希冀能解決這個問題。

而我們也將第三點裡產生物質多於反物質的過程，分別稱為「baryogenesis（暫譯：重子始源）」與「leptogenesis（暫譯：輕子始源）」。

至於，為什麼分成這兩個名稱？重子與輕子又為何？這就要從物質的結構說起。

讓我們休息片刻，晚點將在之後的文章為您揭露。

＜新世紀福音戰士＞裡，初號機使用陽電子步槍。

（出處：TV版第6話）參考資料：DavidGriffiths(1987)IntroductiontoElementaryParticles備註：[1]動畫＜新世紀福音戰士（NeonGenesisEvangelion）＞的劇情。

[2]能量守恆定律告訴我們，能量不能憑空產生或消滅，只能在不同形式間轉換；電荷守恆定律則說，電荷不能憑空產生或消滅，正負電荷的總和永遠必須一致。

所以在我們的例子裡，正電和負電得要同時出現。

[3]這裡必須強調，狄拉克海雖是容易理解的圖像，但因一些細節問題，在理論上我們已不再使用狄拉克海的詮釋。

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小時動漫宅，長大科學宅，故稱大抖宅。

物理系博士後研究員，大學兼任助理教授。

人文社會議題鍵盤鄉民。

人生格言：「我要成為阿宅王！」科普工作相關邀約請至https://otakuphysics.blogspot.com/RELATED相關文章甲烷對暖化的衝擊比二氧化碳強，所以燃氣是高碳排的發電方式？玻璃碎滿地怎麼辦？掃一掃再回收啊！它是「碳中和」的送分題核廢料放我家？高階核廢料的危險性與處理方式Omicron疫情擴散！台灣該如何戒備？專家：較早打疫苗的人需盡快打第三劑TRENDING熱門討論即時熱門甲烷對暖化的衝擊比二氧化碳強，所以燃氣是高碳排的發電方式？1216分鐘前核廢料放我家？高階核廢料的危險性與處理方式513小時前從好像不太準的千萬分之一，到有點危言聳聽的24%，核災機率到底怎麼算？215小時前甲烷對暖化的衝擊比二氧化碳強，所以燃氣是高碳排的發電方式？1216分鐘前大坑9號步道有泰國眼鏡蛇？——並沒有！是台灣本土的「舟山眼鏡蛇」72021/11/29核廢料放我家？高階核廢料的危險性與處理方式513小時前「恆水創電」聯手比利時Turbulent研發超低落差機組——力拼「微水力發電」扎根台灣！42天前1270文字分享友善列印1270分析/評論化學物語專欄環境生態科技能源甲烷對暖化的衝擊比二氧化碳強，所以燃氣是高碳排的發電方式？Lune・2021/12/16・2022字・閱讀時間約4分鐘＋追蹤甲烷的排放，本來就已經用二氧化碳換算了，別無限次的乘下去想像一下，你今天拿了100元美金去銀行，請行員幫你按照1:27換成台幣，行員給了你2,700台幣後，你森氣氣地跑去找經理投訴，說：「行員手腳不乾淨，美金比台幣大27倍耶，應該還要把2,700台幣再乘以27，要給我72,900台幣才對吧！」如果你真的這麼要求，最有可能的後果，是被警衛請出去。

回到這次公投前很多人討論的「天然氣裡頭有甲烷，甲烷對全球暖化的影響比二氧化碳還可怕耶，所以不應該燒天然氣」。

但這個偏誤，跟上述去銀行美金換成新台幣的比喻一樣，明明都已經給你換成台幣了，你卻堅持要再繼續乘無數次27才算數。

不只甲烷，其他溫室氣體都比二氧化碳強溫室氣體的確不只是二氧化碳，所以在算溫室氣體排放量時，本來就要將其他種類的氣體轉換為二氧化碳的強度，而這個轉換的係數，叫做全球暖化潛勢（Globalwarmingpotential，簡稱GWP）。

對了，除二氧化碳GWP值=1之外，其他溫室氣體的GWP值都比二氧化碳大喔。

Line群組裡傳言中的甲烷GWP為9，但其實甲烷的GWP百年平均值為25，聽起來科學數據比傳言還恐怖。

但你家裡的冷氣，若用的是環保冷媒（HFCs）的話，GWP值在124~14800之間（當然，科學家也致力於開發低碳的冷媒）。

算到最後，最強的溫室氣體還是二氧化碳喔以台灣的整體的排放量來看。

二氧化碳仍是輾壓其他溫室氣體（其他氣體也已經比照二氧化碳換換算過了喔），以2019年的排放量來看，將其他氣體都換算成二氧化碳的情況下，排放量仍是二氧化碳為多。

圖／我國國家溫室氣體排放清冊報告（2021年版）有人會問到天然氣不是會從油田裡逸散嗎？但台灣自己沒有天然氣田，而從國外買來的天然氣，也不是直接排放到大氣中，是要燒來發電的。

從甲烷燃燒的化學式來看（CH4+2O2→CO2+2H2O），產生的廢氣主要也是CO2。

無論燒的是煤也好，或是天然氣也罷，主要的廢氣都是CO2。

以燃煤來說，每燒出1TJ的能量，就會產生出96,400公斤二氧化碳外。

那燒天然氣呢？在同樣產生1TJ能量的前提下，燒天然氣產生的二氧化碳為56,100公斤二氧化碳，由此可知，燃氣的碳排是比燃煤低的。

類似的偏誤，2019年就有個SF6的版本了2019年也有篇新聞說，綠能的配電設備會使用到一種叫SF6的氣體，還說SF6是新一代的絕緣物質，而且對暖化的影響竟然比CO2大上23500倍…SF6（六氟化硫）的結構。

圖／Wikipedia但SF6並不是因綠能才新發明出來的新一代惡魔，60年代許多廠房早已廣泛應用在斷路器、高壓開關、高壓變壓器、氣封閉組合電容器、高壓傳輸線。

而太陽能、風能則是到70年代才開始發展。

SF6還被應用在這些產業：航空、航太、醫療（Ｘ光機、鐳射機）、氣象（示蹤分析）、化工等。

也就是說，SF6不只用在電力系統上，用得又還比綠能更早。

這樣的偏誤，是用明朝的劍斬清朝的官，順帶把所有SF6都推給再生能源。

還有，這個傳言也落入一樣的偏誤，SF6的計算也是經過GWP值換成二氧化碳的強度了，雖然GWP值高，但因為使用量少，所以排放量仍不比二氧化碳多。

而台灣SF6的排放趨勢，也和綠能成長趨勢無關台灣的再生能源發展，是在再生能源發展條例通過後開始上升，也就是2009年後開始成長。

但根據統計，台灣的SF6排放，卻是在2004年達到高峰的5,193千公噸二氧化碳「當量」（「當量」兩字的意思就是已經換算成二氧化碳的強度囉），之後就開始下降，到2019年，台灣已經有更多的綠能設施了，但SF6只有935千公噸，占全台總量不過0.33%。

因此，從統計數據上，看不出SF6排放跟綠能成長有關聯。

看到全貌，正視天然氣及綠能的減碳力再生能源的確有受天氣影響的特性，所以才需要彈性的天然氣來搭配。

而使用再生能源，也已經是國際供應鏈的趨勢，因為蘋果的要求，就連護國神山台積電也宣布要使用100%再生能源了（P.S.不含核能）。

數據解讀偏誤，帶出來的結果，卻是讓台灣的能源轉型，更偏離國際潮流。

誠然，世界上不會有哪種能源，不會對地球造成絲毫負擔，但有心人士也不應該僅從一個轉換係數，就引導群眾誤會再生能源、或直接推論天然氣的碳排量無限大。

看到全貌，才能幫我們看到推動非核減煤、使用再生能源，也才能讓台灣在國際上不落人後。

參考資料台電公司燃煤採購情形我國國家溫室氣體排放清冊報告（2021年版）溫室氣體排放係數管理表6.04版，環保署《Dune沙丘六部曲套書》七折優惠台灣本島免運超霸氣反差萌「英雄式落地」松鼠登陸！廢材大作戰！科學實驗室EP5—手作神器如虎添翼數學好無聊、不實用，到底為什麼要學數學？給大人玩的理財桌遊，從此航向財富自由！交換禮物首選、推理迷必買！台灣推理作家協會20週年限定週邊相關標籤：GWP二氧化碳全球暖化潛勢天然氣燃氣燃煤甲烷發電熱門標籤：量子電腦BNT疫苗珊瑚諾貝爾獎前列腺所有討論 12登入與大家一起討論#1mwtse2021/12/17回覆SF6（六氟化碳）的結構。

圖／Wikipedia結構圖的說明文字有誤，應為六氟化硫。

#2tchsucdc012021/12/17回覆大量使用就是讓生產者大量生產，使用者一樣要負責任#3吳政修2021/12/17回覆燒煤跟燒天然氣是五十步笑百步的差別，再來CO2燒出來的速度根據用電量増加也會増加，就算燒煤減半，燒天然氣増加一倍也不會燒多少CO2#4john-cj-lan2021/12/17回覆單是天然氣的燃燒就能排放大量碳排，邁向零碳家園的途徑中，或許會考慮階段性的藉天然氣從煤電過渡到氫能源，卻不能本末倒置的把天然氣當成目標。

此外，伴隨天然氣循環的甲烷排放，是近年才被各界重視。

甲烷是強效溫室氣體，而為解決空污大量使用天然氣的趨勢，讓這類的甲烷排放也愈發嚴重得無法忽視。

據研究，天然氣本身的碳排加上甲烷洩漏的綜合影響，讓藉由煤轉氣降低溫室效應的努力成為泡影。

本文作者囿於非核的僵化思考，或是為特定政策推動的用心，企圖用各種化學式混淆、美化碳排巨獸天然氣的用心，昭然若揭。

而泛科學的專家審查機制是否虛設，或竟淪為政客或政治團體的傳聲筒，則令人失望、甚至厭惡。

#5YangYjy2021/12/17回覆因為二氧化碳排放總量比較多，所以繼續燒氣排碳????這個作者是什麼邏輯???當別國努力減碳是在搞心酸的喔???推這種偽科學文章，把大眾當笨蛋。

鼓勵把燃煤換成燃氣，眼光短淺，讓子孫去面對即將執行的碳關稅，其心可誅。

#6kalahuri2021/12/17回覆我真不知道這篇文章跟這個網站的用意為何？牛放屁佔了全球甲烷排放29%，天然氣發電佔20%，聯合國都算給你看了，叫你要做，你還在講背離國際潮流？？？減二氧化碳很難，減甲烷很快很容易，懂不懂？？只要你吃多吃蔬菜跟用核能…以後再改綠能怎麼解決氣候暖化問題？根據聯合國最新報告，甲烷比主要的溫室氣體二氧化碳，更容易聚熱與釋放熱能，但因為存活時間短，如果能在2030年前將人為製造的甲烷排放量減少45%，就能在2045年左右，避免全球溫度上升近攝氏0.3度。

#7kalahuri2021/12/17回覆https://news.pts.org.tw/article/525138#8kalahuri2021/12/17回覆https://technews.tw/2021/05/07/methane-is-the-key-to-global-warming/#9kalahuri2021/12/17回覆CNBC、路透社、BBCNews等外電報導，氣候和清潔空氣聯盟（CCAC）、聯合國環境署（UNEP）6日最新報告，顯示全球對減緩氣候變遷的行動，過去向來聚焦影響較為長期的二氧化碳排放量，如今世界焦點逐漸放到甲烷。

甲烷對氣候變遷的影響力比碳高84倍，大氣層存續時間卻沒有那麼長，這使甲烷成為快速緩解氣候暖化問題的關鍵目標。

全球超過一半甲烷排放量，來自化石燃料產業的石油與天然氣精煉程序、廢棄產業的掩埋場和廢水，以及畜牧業製作肥料、反芻動物進行腸道發酵（entericfermentation）過程。

#10kalahuri2021/12/17回覆報告直指，以全球來看，農業佔人類活動甲烷排放量40%，化石燃料貢獻35%，掩埋場等廢棄資源佔20%。

據聯合國全球甲烷評估報告，至2030年，全世界有望把甲烷排放量降低最多45%，相當於一年減少1.8億噸。

這可避免氣溫2045年底前上升攝氏0.3度，使全球溫度升幅限縮至攝氏1.5度，達成《巴黎協定》目標。

#11吳孟軒2021/12/17回覆https://pansci.asia/archives/145139泛科學過去自己打臉現在自己，迴力鏢又來了！#12jackaldx2021/12/17回覆#3產生一度電，燒天然氣的二氧化碳排放量只有燒煤的一半，減少一半的燒煤量並用天然氣取代，就可以減少25%來自火力發電的二氧化碳排放。

顯示全部Lune966篇文章・ 353位粉絲＋追蹤Lune法文裡的月光，念起來很像綠能。

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