中华学生百科全书-第119部分

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压力，急剧上升到至少每平方厘米　56　千克，那些没有被水流冲杀的战士，顷
刻间被高压空气压死了。巨大的水下压力使“长尾鲨号”核潜艇从此消失了，
129　名艇员全部丧生。这一水下大悲剧惊动了美国朝野，传遍全球。
　　　　在海洋中，海洋的动物和微生物遗骸不断沉积在海底，会分解出一种甲
烷气体。由于洋底的温度低而水压力非常高，所以，大部分甲烷气体不是逃
逸到水面，而是被压力压到沉积岩细微的孔隙内转化为水合物。这些充满水
合物结晶体的沉积物，随着时间的推移，被新的沉积物覆盖。这时，水合物
开始分解，气泡冲破冰的封锁，沿着弯弯曲曲的缝隙和孔隙向上运动，重又
进入上面的水合物形成区……这样，在数百万年的漫长岁月里周而复始，形
成了固体化合物——冰矿矿床。

　　　　地球上冰矿的蕴藏量十分惊人。美国和加拿大沿海地区蕴藏量估计达数
百亿立方米，可供开采几百年。在俄罗斯的里海、黑海和鄂霍次克海也取出
了含可燃冰矿的岩芯。新西兰、印度、日本等国都有可燃冰矿存在。
　　　　只是目前世界上还没有开采冰矿的经验和技术。人们正在研究开采方
法。可以预料，随着科学技术的进一步发展，不远的将来，这一难题会得到
解决。到那时，人类就可以用冰做饭、取暖、炼钢、发电等。

　　　　　　　　　21　世纪能源展望
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　“反物质”能源
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　1908　年　6　月　30　日清晨，俄罗斯西伯利亚通古斯地区发生了一场前所未
有的大爆炸，它的威力相当于　2000　颗巨型原子弹同时爆炸，一时间爆炸的巨
响震着万里长空，声音传到　1000　千米之外，炽热的火球在空中翻滚，熊熊烈
焰把　2000　平方千米范围内的树木全部烧毁，巨大的气浪冲击着四面八方，100
平方千米以内的房屋屋顶全都被掀掉。这场威力无比的大爆炸是怎样发生
的？几十年来一直是个难解的谜。
　　　　1965　年，美国科学家李比博士发表文章，认为通古斯大爆炸的起因是“反
物质”引起的。反物质经茫茫的宇宙，进入由正物质组成的世界，在正物质
的引力作用下，落到西伯利亚的上空，跟正物质相撞，一瞬间，正反物质全
部转化为巨大的能量，周围大气的温度急剧上升，产生剧烈膨胀而发生大爆
炸。正反物质的这种反应叫做“湮没”反应，在反应过程中全部物质都转化
为能量。湮没反应产生的能量非常巨大，至少比核反应产生的能量大　100　倍，
而且不产生放射性。
　　　　什么是反物质？它为什么会有这么巨大的威力？这就得从科学家爱因斯
坦的一个著名的公式说起。爱因斯坦认为运动的物体都有能量，当它的总和
是一个正值时，这种物质就是我们在生活中看到的各种物质。但是，当运动
的物体所具的能量的总和是一个负值时，情况就完全两样了，物质的性质跟
我们日常见的正好截然相反，那种物质就称为反物质。
　　　　反物质的内部组成跟正物质正好相反。正物质的原子是由带正电荷的质
子和带负电荷的电子组成的，而反物质的原子却是由带负电荷的质子和带正
电荷的电子组成的。所以，反物质受力后，它的运动方向跟正物质的运动方
向完全相反。当你向前推它，它却往后靠；当你往南推它，它却向北移动。
　　　　正反物质在短距离内是“水火不相容”的，它们很难同时存在，一旦相
遇，就相互吸引，通过碰撞而同归于尽，同时放出大量的能量。在我们所处
的半个宇宙中，只有正物质存在，而离我们非常遥远的另半个宇宙中，却是
反物质的世界。
　　　　这是神话故事，还是科学？这是科学！因为经过科学家几十年的努力，
现在已经找到各种反粒子和反物质。1932　年，科学家在宇宙射线实验中，发
现了正电子。正电子是电子的反粒子。1955　年，科学家获得了反质子和反中
子。反质子是质子的反粒子；反中子是中子的反粒子。1965　年，科学家得到
了世界上第一个反物质，由反质子和反中子组成的“反氘”，后来，又得到
了反物质“反氢”。
　　　　既然反物质确实存在，那么，利用反物质的特性，利用物质和反物质在
湮没过程中释放的巨大能量，把反物质作为未来能源，前景是太美妙了。把
反物质跟化学燃料相比较，需要使用的量相差得实在太大了。比如，把航天
飞机、巨型火箭送上太空，使用液体化学燃料大概是　200　吨，如果换用反物
质，只需　10　毫克（相当于小小的一粒盐）就足够了。
　　　　但是，现在要充分利用反物质还有许多困难。要得到反物质，除了研制
技术上的难度非常大外，生产费用也大得惊人。初步估计，生产　1　克反物质，
至少要花费　10　亿美元。

　　　　　另外，反物质的贮存、运输也是一大难题，它只要一接触普通的物质，
就会立即爆炸。
　　　　　目前，研究反物质还只是在探索阶段，要把反物质作为未来的能源，只
能说是一个美好的理想。
　　　　　在　21　世纪，经过科学家的不懈努力，反物质之谜将会被彻底揭开，它为
人类服务的时代也将会来到。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　地球发电机
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　我们的地球是一个庞大的天然磁体，它的磁场却比较弱，总磁场强度不
过　0．6　奥斯特。地球磁场的强度由奥斯特换算为伽玛，则是　6×104伽玛，即
6　万伽玛。然而，地球却在不停地转动，它每　23　小时　56　分便自转　1　周，所
具有的动能是一个很大的数值，为　2．58×1029焦耳。
　　　　　具有磁场的天体旋转时，由于单极感应作用，就会产生电动势。如果我
们把整个地球作为发电机的转子，以南北两极为正极，以赤道为负极，理论
上可以获得　10　万伏左右的电压。这便是人们把地球本身当作一个巨大的发电
机的一种设想。不过，如何把地球自转发出来的电引出来使用，还须有另外
的方案或设想。
　　　　　电磁感应定律告诉我们，导体在磁场中作切割磁力线的运动便会产生感
应电流。由于地球本身具有磁性，所以，在地球及其周围空间存在着地磁场。
地球上的河流和海洋也是导电体。随着地球的自转，它们自然而然地就相对
于地磁场产生了切割磁力线的运动。那么，河流和海洋中就有地磁场的感生
电流了。要知道，光海洋就覆盖着地球表面的　71％呢！如果想办法把河流和
海洋中的感生电流引出来，不就有巨大的电能供我们使用了吗？显然，这是
利用地球发电机的另一种方案。
　　　　　还有，地球本身又是一个巨大的蓄电池。它经常被雷雨中眩目的闪光充
电。雷雨云聚集和储存的大量负电荷，使云层下面的大地表面感应出正电荷。
两种不同极性的电荷互相吸引，就驱使电子从云层奔向大地，形成闪电给地
球充电。据估算，每秒钟约有　100　次闪电袭击地球，其闪光带长度从　300　米
到　2750　米不等。一次闪电电压可达　1　亿伏，电流可达　16　万安培，可以产生
37．5　亿千瓦的电能，比目前美国所有电厂的最大容量之和还多。但闪电持续
时间很短，只有若干分之一秒。闪电中大约　75％的能量作为热耗散掉了，它
使闪电通道内的空气温度达到　15，000℃。空气受热迅速膨胀，就像爆炸时
的气体一样，产生震耳欲聋的雷声，在　30　千米以外都能听到。
　　　　　1752　年，伟大的富兰克林曾带着他的儿子在雷雨中用风筝捕捉闪电。他
的不怕牺牲、勇于探索的精神实在可嘉；但是他的实验结果，除了导致避雷
针的发明外，在利用闪电方面却影响不大，至今还没有人找到利用闪电能的
有效途径。在地球表面产生的具有强大能量的闪电，能不能直接用来为人类
造福呢？已转化为热能的　75％的闪电能是否也可利用呢？有没有办法使闪
电不把那么多的能量转化为热能，仍保持电能的状态为我们所用呢？能不能
撇开上述思路另辟蹊径，譬如，既然闪电已把电能传给了地球，我们能不能
从利用蓄电池的角度，把地球当作一个巨大的蓄电池，想办法把电能引出来
使用呢？这些答案恐怕要由未来的科学家们给出了。
　　　　　此外，极光又是“地球发电机”以另一种形式发出的“希望之光”，也

是一种威力巨大的“天然发电站”。
　　　　在地球的南、北两极，高阔的天幕上，竞相辉映着五彩缤纷的光弧。有
的像探照灯的光芒在空中晃动，有的像彩带在空中飞舞，有的像帷幕随风飘
拂，有的像成串的珍珠闪闪发光……光弧的颜色或红或绿，或蓝或紫，时明
时暗，构成一幅瑰丽的景观。这就是极光。它是地球两极特有的自然现象，
多出现在　3　月、4　月、9　月和　10　月四个月份。那么，极光是怎样发生的呢？
它对人类又有什么用处呢？
　　　　我们已经知道，太阳的内部和表面进行着剧烈的热核反应，不断地产生
出强大的带电微粒流——电子流。这种电子流顺着地磁场的磁力线，来到地
磁极附近，以光的速度向四面八方散射。其中一部分电子流射入大气层时，
使大气中的气体分子和原子发生电离，产生出大量的带电离子，发出光和电
来。极光爆发时，会产生强烈的磁暴和电离层扰动，使无线电通讯和电视广
播等受到干扰破坏，使飞机、轮船上的磁罗盘失灵。尽管如此，作为一种未
来很有希望的新能源，它将给人类带来巨大的好处。有人推算过，极光发射
出的电量高达　1　亿千瓦，相当于目前美国全年耗电量的　100　倍以上。有的科
学家设想，将来在北极或南极地区，建造一座高达　100　千米的巨型塔架，用
适当的方法把高空中极光的电能接收下来，供人们使用。这种办法能成功吗？
未来的科学家们，你是否打算研究出其他更好的方案和办法呢？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　更先进的发电技术
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　你是否知道，现在的火力发电要白白损失　70％的能量，也就是说，燃烧
100　千克煤，最多只有　30　千克煤真正被利用，其余　70　千克浪费掉了？很多
年以来，各国科学家一直在寻找能够提高发电效率的方法，经过长期努力，
终于找到了磁流体发电的方法。
　　　　磁流体发电，通俗地讲，就是使气体在磁场作用下发电。我们知道，金
属是导电的，那是因为金属导体内有自由移动的电子，所以，发电机通过用
金属做成的线圈，在磁场内转动，就会发出电来。可是，气体是绝缘体，气
体的流动是气体分子在运动，分子内的电子受原子核的“约束”，不能自由
移动，所以，怎么能利用气体发电呢？
　　　　科学家们研制的磁流体发电机使用的气体是经过高温处理的气体。在高
温下，一般气体都会发生电离，也就是组成气体分子的每一个原子，它们外
层电子不再受原子核的约束，而能自由自在地向各个方向移动。气体就从不
导电的绝缘体变成了导电的流体，当它们高速经过强磁场时就会发出电来。
　　　　普通气体大约在　7000℃以上才能变成磁流体发电所需的导电气体。经过
科学家的研究，找到了“种子物质”钾、钠、铯等，如果撒下少量的这种物
质，就可以在　3000℃的高温下使气体成为导电气体。由于现在开发的地热、
海洋热等还不能产生几千度的高温，只能用煤、石油、天然气等化石燃料，
所以，目前的磁流体发电又叫燃煤磁流体发电。只有随着高温原子核反应堆
技术的发展，核燃料的废热得到充分利用时，才能实现原子核磁流体发电。
磁流体发电是一种直接的发电方式，它的排气温度很高，可以用排出的废气
来产生高温高压的蒸汽，推动汽轮机，带动普通发电机发电，它的发电效率
可以达到　60％，从而节约了大量的能源。
　　　　磁流体发电同火力发电相比，除了热效率高外，还有很多优点。它的发

电机组结构紧凑，没有高速转动部件，所以体积小，结构很简单，使用寿命
长。磁流体发电机启动很迅速，从点火到大量发电，仅仅需要几十秒钟，要
使它停止运动，也只需很短的时间。
　　　　现在，磁流体发电的基础研究已基本结束，进入了工业性试验的阶段，
尽管如此，磁流体发电机还有许多问题有待进一步解决。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　“超导”研究成功
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　电是什么？电是电子的流动。有些材料允许电顺利通过，有些材料却不
允许，正如有些马路允许车辆行驶，有些马路不允许车辆通过一样。允许电
顺利通过的材料叫导体，很难让电通过的材料叫绝缘体。一般来说，金属都
是导体，非金属都是绝缘体。
　　　　船在水中航行要克服水的阻力，飞机在空中飞行有空气阻力，人在地上
行走要克服鞋与地面之间产生的阻力——摩擦力。同样，电在金属材料内部
流动时也有阻力，这种阻力叫做电阻。电阻大小跟温度高低密切相关，例如，
水银、铅的电阻随着温度降低而逐渐变小，到了…269℃时，它们的电阻小到
几乎没有。
　　　　金属没有电阻现象的，科学上把它叫做超导。这种超导现象，早在　100
多年前就被荷兰科学家昂尼斯发现了。
　　　　多年来，随着科学的发展，人们做了大量的工作，探索超导的奥秘。
　　　　曾有一位美国科学家用铅作为材料，做了一个封闭的圆环，并把它放在
超低温的环境中，也就是使铅处于超导的状态。接着，他又将一定量的电流
通入铅环，然后切断电源，使电流在铅环中没有休止地流动下去。过了几年，
当这位科学家再去测量铅环的电流时，他惊异地发现，电流依旧跟过去一样，
没有明显的减弱。这说明了电流在超导体中没有损耗，是可以永远地保存下
去的。
　　　　这个实验给人们非常巨大的启示。在日常生活中，一天　24　小时里的用电
量是不相同的，白天和傍晚用电量最大，到了深夜就大大地减少了。我们现
在的发电厂，不可能做到白天发电多、深夜发电少，所以到了深夜，发出来
的电往往会浪费掉。假如有一个很大的电力仓库，能够及时地把余下的电能
储存起来，到了需要的时候再放出来，那该有多好啊！
　　　　科学家设想在地下很深的地方挖一个大坑，它的直径有　100　多米，又分
成上中下三层，在里面充满着超低温的液态氦气，把超导金属做成的线圈浸
没在里面。平时，可以把多余的电能储存到超导线圈里去，当需要时，再把
电取出来使用。由于电能没有损耗，所以能长期地储存下去。
　　　　科学家已着手研究、制造可以储存　100　万度电的超导设备，只要制造成
功，人们就再也不会为用电的不平衡而伤脑筋了。
　　　　电是从发电厂的发电机发出来的，由于发电机所用的导线是用金属铜、
铝制成，在常温下电在金属导线中流过时，会因电阻而使导线发热，变成热
量，无形中能量跑掉了。所以，发电厂发出来的电只有　90％供我们使用，10
％被发电机本身消耗掉了。
　　　　如果发电机的导线是用超导金属做成的，就可以使发电机的效率提高到
98％，而且发电机也不必造得很大。目前世界上已经制造成功　1　万千瓦功率
的超导发电机，到本世纪末，会有　2000　万千瓦大功率超导发电机问世。它可

以供应一个现代化大城市的全部用电。
　　　　21　世纪，输电线和变压器都可能用超导金属制成，超导电缆和超导变压
器的问世，更能为人类节约巨大的电能。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　束能
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　在当今世界，不管我们在地球上哪一个角落，打开收音机，就能聆听到
自己喜爱的新闻、音乐、戏曲等各种节目。在收听这些节目时，不知你们是
否想到过：这节目是从哪儿来的，是谁把它们送到我们耳朵里的？
　　　　这些节目是由电台预先制作好，然后，由无线电发射机，以无线电波的
形式定向传播出去。无线电波的波长有不同，人们把它们分为长波、中波、
短波、微波等。收音机接收不同波长的无线电波，把它们变成节目。
　　　　如果我们用放大镜把太阳聚成一点，提高太阳光的能量，就能点燃火柴、
纸片。同样，科学家通过聚焦技术，把无线电波紧缩在一起，成为一种能，
这种能叫做束能。
　　　　束能理论最早是在　19　世纪，由大科学家赫兹和泰拉斯提出来的。现在，
这个理论已发展成熟，进入实用阶段。
　　　　微波是波长很短的无线电波。第二次世界大战后，随着微波技术的发展，
科学家首先对微波聚焦，使它们成为微波束能。20　世纪　70　年代，美国计划
在卫星上建造太阳能电站。电站上有两块巨大的矩形电池帆板，它们将太阳
光转换成电。在电池帆板之间的微波辐射天线将电通过波发生装置变成微波
能，再由微波天线聚成微波束能，发射到地面。地面接收站把接收天线收到
的微波束能转换成电，供人们使用。
　　　　目前，科学家对束能的研究，主要集中在建立地面微波束能站方面，为
各种飞行器提供束能动力。
　　　　加拿大制造了一架利用微波束能作燃料的试验飞机。飞机机翼下面有天
线，专门接受地面微波站发射的微波束能，然后，将微波束能转变成电，用
作飞机动力。这架飞机在空中飞行几个月，像一个低空飞行的通信卫星，既
可以监视地球大气层中的各种危险气体，又可成为无线电通信转播站。
　　　　美国航天署打算设计一种小型束能宇宙飞船，能载　5　名宇航员，船重　6
吨，升空十分方便，从简易场地起飞，只需三四分钟就可以进入运行轨道。
美国科学家还设计了一种大型无人驾驶束能飞机，能在离地面　19．2　千米的高
空飞行，携带　67．5　千克重的各种仪器设备，持续飞行　90　天。这架束能飞机
的任务是监测地球环境。
　　　　束能是一种新型能源，正受到人们越来越多的重视。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　潜能
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　天上星星亮晶晶，数也数不清。科学家们把这些星分成恒星、行星、卫
星、彗星、流星等。
　　　　恒星本身发出光和热，我们的太阳就是恒星。由于过去人们认为恒星的
位置是固定不动的，所以，把它们叫做恒星，实际上，恒星也在运动。许许
多多的恒星组成一个集合体，就像动物世界中的动物群、密林里的植物群，
科学家们把它们称为星系，比如银河系。

　　　　我们知道，自然界的生物都有生有死，只是各种生物的寿命长短不一样。
其实，自然界的物质都在不停地运动着，恒星也不例外，它们也有产生的过
程，也有消亡的过程。
　　　　我们日常生活中，除了用煤气、液化气烧菜煮饭以外，还有许多家庭在
使用煤炉，比如用煤做成煤饼或煤球放在炉内作为燃料燃烧，放出光和热。
当煤燃烧完了，就不会产生光和热，而变成一堆煤灰了。恒星能发出光和热，
也是因为它内部的燃料在燃烧。恒星内部的燃料不是煤，而是原子核，通过
原子核的聚变反应，产生大量的光和热。当恒星内部的核燃料用完了，它的
剩余物质被紧紧地挤压在一起，压缩得非常紧密，连光都只能进，不能出，
不能离开它们的表面。科学家把这种剩余物质叫做黑洞。恒星老了，衰退了，
收缩成黑洞。
　　　　在漫无边际的宇宙中，黑洞是一个孤立的天体，只有网球那样大小，但
它的重量却跟地球差不多。人的肉眼是看不见它们的，即使科学家用天文望
远镜也看不见它们，人们只能通过黑洞的巨大吸引力，才能确定它的存在。
　　　　黑洞有巨大的吸引力，如果宇宙飞船、航天飞机飞过黑洞，就会立刻消
失。凡是在黑洞附近的物质，都被它吸进去，消失得无影无踪。
　　　　黑洞似乎很可怕，可是，经过科学家们的研究，找到了一种开发和利用
黑洞的能量的方法：把生产原子能的核反应堆放到黑洞上去。人们把核燃料
发射到黑洞上，由黑洞内巨大的引力压缩核燃料，迫使其实现核聚变反应，
释放巨大的能量，人造卫星电站接收能量反射到地面。科学家把这种能量称
做潜能。
　　　　潜能的开发利用，是一项巨大的星际工程。为使这一工程成功，人类要
付出惊人的代价。尽管科学家在地球上还没有实现这样的任务，但是，一旦
这项工程成功了，那就能源源不断地获得非常巨大的能量，而且是一本万利
的。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　精打细算话节能
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　当今世界，人们一方面感到能源紧张，另一方面却又在“耗油如水