为什么闪电不走直线?| No.44

考虑能量守恒时，我们要考虑的不仅仅是我们要发射的“子弹”---假设就是飞行器吧，还要考虑与其发生相互作用的“弹弓”---假设为一颗行星，这个两体系统遵循能量和动量守恒。简单的推导可以得到，二者的相对运动速度不会发生变化，假设行星速度为U，飞行器速度为V，二者初始相向运动，那么相对运动速度为U+V；待到飞行器绕过行星，二者的运动方向同向，而行星的运动速度基本不变（其实略有减小，但可以忽略不计），那么飞行器的实际运动速度就变为2U+V，如此便实现了加速的目的（如图所示）。当然这只是一个简化的推导，不过我们所说的正是《火星救援》中NASA的黑人小哥所提出的救援方案~不仅仅在影视作品中，实际上引力弹弓效应的确被用来航天飞行器的加速，其中非常著名的是美国于1977年发射的“旅行者1号”探测器，它在经过木星和土星时便是通过引力效应获得了加速，2014年9月13日它终于飞出太阳系，成为首个冲出太阳系的人类制造的飞行器！

我只想说，问问题的童鞋恰好把两个关键词弄反了QwQ。

现在的观点认为，宇宙是有限而无界的。举个很简单例子，一个球面，它的面积是有限的，但是这个球表面却是无界的。圆，莫比乌斯带，都是这样的例子。

宇宙之外是什么？很多学者认为宇宙可能不止我们这一个，还有其他的，只是目前无法证实。那么这些宇宙之外又是什么呢？这个问题或许需要的是脑洞:)

大爆炸之前是什么，这个就有很多观点。威腾认为：宇宙是凭“空”产生的，但这个“空”不是一般意义上的空。关于这个问题，BBC有一部相关的纪录片，有兴趣的童鞋可以去看一看。

PN 结是 P 型半导体和 N 型半导体接触面附近所形成的空间电荷区。 P 型半导体的多数载流子为空穴， N 型半导体的多数载流子为电子，当这两种半导体接触时，由于两种半导体载流子浓度差， P 区的空穴会向 N 区扩散， N 区的电子会向 P 区扩散。这样，在界面附近就形成了空穴和电子的中和区，界面附近的 P 区就出现了负离子， N 区出现正离子，形成一个 N 区指向 P 区的电场，从而阻止载流子的扩散，最后达到平衡。内电场主要出现在离子形成的区域，也就是界面附近，这便是空间电荷区。而更远的 P 或 N 的半导体区由于载流子的存在可以看成一个等势体。 PN 结就是空间电荷区，题主所说的 PN 结两端无限长可以理解为 P 和 N 的区域大了，这对 PN 结的形成特性没有影响（更大的 P 和 N 区用不上）。

由于内电场的出现，PN结的形成必然使得N区的电势变高了，但是这用电压表是测不出来的。电压表实质上是一个电流表，有电流就意味有功率输出，这意味着靠电荷浓度差引起的扩散就能源源不断的输出能量（永动机）。其实电压表不能测出的电势很多，比如空间的静电场。

一箭多星里，比较成熟的方式，是以主带从——一个质量最大的主卫星，附加以若干小的子星；一般来说主星的质量超过所有子星质量之和。发射时，优先考虑主星的轨道，子星以弹射的方式送出，与主星保持一定距离。所以，子星一般无法携带复杂的大功率仪器，一般只具有相对简单的功能。

一箭多星的技术，主要是两方面因素促成的：一方面是因为经济的原因，一方面则是因为电子设备微型化。

其实吧，因为子星作用很少，所以这种方式并没有在原来一箭一星的基础上提高多少，真正的难题，是要将多个等质量的卫星发射出去。

中国在这方面，还是有底子的。可以参考12年的新闻“北斗首发‘一箭双星’，中国导航加速。”

我们知道，我们眼前所见的桌子、椅子、手机、电脑都是由原子组成，而原子是由质子、中子和电子构成，这些我们称为正物质。当然这么定义只是为了和反物质区别。而所谓反物质，即除了质量外，其它所有性质都和正物质相反的物质。例如电子质量是 9.1*10 ^-31 kg ，电荷为 -e ；它的反物质正电子的质量也是 9.1*10 ^-31 kg ，但电荷却是 +e 。质子、中子或者夸克等也都一样，我们还可以用反质子、反中子等合成反原子。

反物质和正物质（例如电子和正电子）一旦相遇就会湮灭，变成高能光子或者其它正反物质对。那这就有一个问题，茫茫宇宙中，几乎全是正物质，反物质岂不分分钟被湮灭了？是的。按照现有的说法，宇宙早期CP破坏,导致正物质比反物质稍微多那么一点儿，结果就是，反物质湮灭没了，正物质还剩了一点儿，构成了我们现在的手、脚和大地。

那么太空中是否还有反物质呢？有的。虽然宇宙早期的反物质湮灭干净了，但太空中的那些高能粒子相互碰撞的过程中还是会产生反物质的，例如正电子、反质子等。太空中的物质太稀薄了，于是反物质在与正物质碰头湮灭之前还能跑很远距离的，或者说能“活”好长时间。有多少反物质呢？不多，反质子只是质子的的1/10000（GeV量级）。

介绍了这么多背景知识，现在来回答问题：能不能观测，怎么观测？当然能，要不我们怎么知道它有呢。最早发现反物质（正电子）是通过威尔逊云室观测到的，如下图（那条弯曲的细黑线）

方法其实很简单，加个磁场，一个粒子过去后会云室中的气体会被电离，描出一条轨迹。测一下轨迹半径，用笔算算，发现这个粒子质量、电荷和电子完全一样，只是它往左偏了，而电子是应该往右的。于是我们发现了正电子。

现在太空中有很多探测器，例如丁肇中领导的阿尔法磁谱仪，我们的猴哥“悟空号”，以及费米实验室等，其原理都差不多，只不过不再用云室，改成硅板了。（下图为阿尔法磁谱仪结构图）