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人类星际旅行需要反物质或核聚变发动机
[导读]近日在休斯顿举行的“百年星舰”会议，科学家探讨了人类首次恒星际旅行可能面临的问题，核聚变或反物质发动机才可完成这项任务。
腾讯讯（Everett/编译）据国外媒体报道，在近日于休斯顿举行的“百年星舰”讨论会上，有关专家认为执行打造一艘恒星际飞船前往另一个恒星系统进行探索不仅能提升人类的宇航技术，也会对地球产生新的认识。第一位非洲裔的美国宇航员梅·杰米森（Mae Jemison）认为太空探索是人类迫切的需要，自从1957年前苏联发射人类第一颗人造卫星开始，太空探索一直都是人类发展计划的一部分。梅·杰米森正在领导着“百年星舰”计划倡议，其目的是在100年内将一艘宇宙飞船派遣往另一颗恒星。恒星际航行的主要障碍是动力系统：反物质发动机最大功率可使飞船以40%光速前进为了实现该计划，来自不同学科的科学家们聚集在休斯顿，从9月13日至16日探讨恒星际宇航飞行的目的性、所面对的挑战以及可能的解决方法等。根据美国前总统、本次论坛会的名誉主席比尔·克林顿（Bill Clinton）介绍：“我很兴奋我们有机会作为未来宇航技术领路人，并重新构想我们的未来，我只希望100年后我们能起航。”美国国防部高级研究计划局为“百年星舰”计划投入了基础资金支持，目前由多萝西·杰米森基金会进行运行。该计划的领导者旨在通过这些资金不但要召集科学家和工程师，而且还需要心理学家、社会学家、宗教领袖和哲学家等，来解决星际旅行过程中所遇到的各方面问题。由于距离地球最近的恒星超过了4光年，即半人马座α星，即便是目前飞行最快的行星际探测器旅行者1号，需要7.5万年才能到达。因此前往另一颗恒星系统进行探索需要新型的宇航动力系统，还需要新的宇航飞行生命支持技术和社会结构等，人类进行恒星际航行将需要多代繁衍才能延续这趟旅程。前宇航员梅·杰米森认为执行人类首次恒星际宇航飞行需要全人类的参与，并强调了公众参与的重要性，我们需要改变外层空间是属于火箭专家和宇宙学家、新生亿万富翁群体领域的概念，实际上每个人都可以参与该计划。“百年星舰”计划不仅是项空间计划，地面上的能源建设也将从中受益，比如恒星际宇宙飞船的动力系统主要思路之一是研发核聚变推进发动机，这也是一种未来潜在的替代能源技术之一，这样的航天技术在发明过程中也可以应用于改变地球。即便是目前速度最快的行星际探测器（旅行者1号速度为17.05公里每秒左右）也需要数万年才能接近距离地球最近的恒星，只有将速度提升至75倍以上才能在一百年内完成半人马座α星的恒星际旅行。如果要了解星际旅行的困难，必须理解宇宙空间令人难以置信的距离概念，仅仅是距离地球最近的半人马座α星，这趟星际旅行的路程大约是日地距离的26.6万倍，即26.6万个天文单位。如果考虑下光的速度（这是目前宇宙中最快的速度），太阳光需要花八分钟才能到地球，而光从地球到半人马座α星需要花四年以上。手枪子弹的速度为每小时720英里，按这个速度需要400万年才能抵达半人马座α星，最快的探测器旅行者1号需要7.5万年才能抵达。目前宇航技术使用的化学能火箭的速度明显太慢，在一百年内抵达半人马座α星需要打造每小时300万英里速度的宇宙飞船，科学家认为核聚变动力和反物质推进技术的火箭才能完成这项任务，但这些技术还处于发展之中。此外，物理学家发现宇宙飞船可能借助空间的翘曲进行恒星际航行，利用该原理的动力技术被称为“曲速引擎”，可实现超空间、超光速航行，同时也不违法物理法则。
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47吨氘/氚混合物聚变后所发的电相当于2012年我国全国用电量
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本帖最后由 只手天下 于
18:38 编辑
假设聚变发电站的能量转换率不超过60% （使用磁流体发电） 1公斤氘/氚混合物聚变后所发的电大概相当于 1.08亿 千瓦时（刨除那些个零头） 2012年全社会用电量累计达49591亿千瓦时
看来就算是核聚变也不能满足人类对电力的需要啊……
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提炼那么多的氘氚也是不小的工程
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windrarara 发表于
提炼那么多的氘氚也是不小的工程
估计等不了 年份的头一位数字变成 3 ，人类就已经开工建造戴森球了
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不怕不怕，核聚变解决不了能源问题不要忘了将来还有反物质转化技术。
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超大游击队员
四维斗士 发表于
不怕不怕，核聚变解决不了能源问题不要忘了将来还有反物质转化技术。
你去哪里开采反物质？
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百臂巨人 发表于
你去哪里开采反物质？
技术发展到一定程度何需开采反物质,人工就可制备,现在不是已经能在实验室制造出反氢吗,当然成本高昂,可是现今核聚变技术不一样嘛,所以技术最终搞定一切.
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四维斗士 发表于
技术发展到一定程度何需开采反物质,人工就可制备,现在不是已经能在实验室制造出反氢吗,当然成本高昂,可是 ...
说得太好了，现在人工就可以电解制氢，何须烧煤烧油烧天然气？所有的地方都应该改烧氢气。
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7楼想法很好,确实能够实现零污染,只是危险系数太高,氢气可是极度易爆物,其次就算真能那样也太浪费了,当然这里讨论的可控核聚变与反物质能源是另一个层面的问题,核聚变只是将很少一部分物质质量转化为了能量,而反物质可是完全转化为了能量,那可是量级的差别.
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四维斗士 发表于
技术发展到一定程度何需开采反物质,人工就可制备,现在不是已经能在实验室制造出反氢吗,当然成本高昂,可是 ...
既然你要花能量来制造，谈何能“源”？
充其量只能叫做储能技术。
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百臂巨人 发表于
既然你要花能量来制造，谈何能“源”？
充其量只能叫做储能技术。
不能这么说吧,人类使用的哪种能源不是投入一定能量才能制造出来的,所谓第一推动力,包括可控核聚变不也是第一次点火需要外界能量引爆原子核吗.再说技术的发展谁能说得准呐,前瞻性还是需要的.
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四维斗士 发表于
不能这么说吧,人类使用的哪种能源不是投入一定能量才能制造出来的,所谓第一推动力,包括可控核聚变不也是第 ...
能量守恒定律还是需要仰视的，你这样鄙视不好。
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Ferrite 发表于
能量守恒定律还是需要仰视的，你这样鄙视不好。
没说不遵守质能守恒定律呀,反物质只不过是该带正电的带了负电,该带负电的带了正电,整个一性别错乱嘛,相信技术能够实现用小能量制备反物质的
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四维斗士 发表于
没说不遵守质能守恒定律呀,反物质只不过是该带正电的带了负电,该带负电的带了正电,整个一性别错乱嘛,相信 ...
同志，除非你去宇宙空间去开反物质矿，否者你从正物质制造反物质，你需要投入能量，在理想的效率100%的情况下，你用你造出来的这反物质湮灭产生能量，这些产生的能量等于你制造的时候投入的能量。前面有人指出了你的问题，你却看不懂。
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Ferrite 发表于
同志，除非你去宇宙空间去开反物质矿，否者你从正物质制造反物质，你需要投入能量，在理想的效率100%的情 ...
不要拿你现在的知识去猜测未来的技术,在自然面前人类永远是井底之蛙,只能说没有一点创造性思维
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头像被屏蔽
四维斗士 发表于
不要拿你现在的知识去猜测未来的技术,在自然面前人类永远是井底之蛙,只能说没有一点创造性思维
说到这里就行了，再往后是世界观和哲学问题了。
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超大游击队员
Ferrite 发表于
同志，除非你去宇宙空间去开反物质矿，否者你从正物质制造反物质，你需要投入能量，在理想的效率100%的情 ...
不要太认真，要写论文谁也不来这找资料。大家都是灌水赚分。不过有人灌的是奶，有人灌的是茶水，有人灌的是白开，还有教主之流灌的是泔水……
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四维斗士 发表于
不要拿你现在的知识去猜测未来的技术,在自然面前人类永远是井底之蛙,只能说没有一点创造性思维
又有人开始挑战能量守恒定律了...
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李楠01 发表于
不要太认真，要写论文谁也不来这找资料。大家都是灌水赚分。不过有人灌的是奶，有人灌的是茶水，有人灌的 ...
问题是，如果你承认你是灌水赚分，那就不允许。你不会不知道CD不允许灌水吧？
讨论就是讨论，何必说扯上赚分。
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本帖最后由 鬼眼老三 于
06:09 编辑
我们的宇宙含有极少的反物质， 就是有， 不用多久就和物质相遇而湮灭。
要把反物质当能源， 要科幻一点， 要撕裂时空， 到反物质为主的宇宙偷一点点反物质过来使用。 还不能一次偷得太多， 不然时空裂缝不断变大， 最后两个正反物质的宇宙湮灭。
氘氚的来源其实没有多大问题， 几十年前单单加拿大的重水厂就能每年生产700吨重水, 拿来电解就是氘氧。而核聚变反应堆本身就生产氚。
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鬼眼老三 发表于
我们的宇宙含有极少的反物质， 就是有， 不用多久就和物质相遇而湮灭。
要把反物质当能源， 要科幻一点 ...
重水确实挺便宜，核聚变反应堆直接用的燃料应该还是氘锂。
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47吨很多么？换个角度看，这47吨热核燃料，替代了多少吨煤碳、石油、天然气、铀、水电资源。把两个放在天平上对比一下，你看看两边差多少？而且DT聚变搞完了还有DD呢。
假设这些燃料需要100吨重水和50吨锂（不细算了），有人觉得地球供应起来很困难么？100吨重水啊，需要100万吨天然水矿，这么多，供货很困难吧？{:soso_e132:}
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超大游击队员
本帖最后由 四维斗士 于
07:29 编辑
不要光盯住地球嘛，思路开阔点，以为国家的探月工程是吃闲饭吗，月壤中的氦3在那埋着哩，保守估计100万吨，另外氦3热核反应时不释放中子，这就比氘热核反应安全可控多了，据测算目前人类全年的能源消耗只需100吨氦3热核反应释放的能量，只需发射几次月球飞船就能将所需氦3运回来，比起什么氘要经济安全多了。
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超大游击队员
制备反物质怎么就违反质能守恒定律了？看清楚准确的表述不是能量守恒而是质能守恒，以后的研究重点是搞清楚物质何以会产生质量及带电性，比如反质子带负电，既然质子由三个夸克构成，反质子也当如此，质子与反质子质量相当惟一区别在于电性相反，在大统一场理论中所有基本粒子仅仅是一种粒子在不同能场下的不同观测结果，所以只要找到物质显现质量及电性的关键点就可以人工制备反物质了。
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超大游击队员
向没有理工基础的人解释理工知识是一件难事。
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超大游击队员
desinwa 发表于
向没有理工基础的人解释理工知识是一件难事。
大神科普下嘛，一来让大家看看大神的知识渊博度，二来也是释疑解惑嘛。
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核聚变如果真那么简单早就实现了，科研不是魔术，不是随便拍拍脑门就能变出来的。能源除了技术还受经济性制约，否则为什么直到今天核能还是替代不了化石能源。美国能源署的预测都说直到21世纪中叶化石能源依然是最重要能源，新能源开发没有想象中那么顺利，科研也不是想象中那么容易。
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好像月亮上全是这玩意儿吧，所以兔子要去嘛！
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有人知道：氦3 吗？
氦-3”是一种目前已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。根据科学统计表明，10吨氦-3就能满足我国全国一年所有的能源需求，100吨氦-3便能提供全世界使用一年的能源总量。但氦-3在地球上的蕴藏量很少，目前人类已知的容易取用的氦-3全球仅有500千克左右。而根据人类已得出的初步探测结果表明，月球地壳的浅层内竟含有上百万吨氦-3。如此丰富的核燃料，足够地球人使用上万年。我国探月工程的一项重要计划，就是对月球氦-3含量和分布进行一次由空间到实地的详细勘察，为人类未来利用月球核能奠定坚实的基础 。
我国的探月计划中，有一件事情是外国从未涉足的：我国计划测量月球的土壤层到底有多厚，这对于我们计算月球氦-3含量意义重大，如果工程顺利，我们估算氦-3的资源含量可能要比前人前进一步。最后，我们将研究地月空间环境，这对于地球环境和人类社会的发展都是至关重要的。
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以后的能源应该都是从外层空间获取····
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陆仁贾 发表于
有人知道：氦3 吗？
氦-3”是一种目前已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。根据科学统 ...
貌似月亮上的氦-3来自于太阳上…… 而且是这一百万吨氦-3均匀的分布在月亮的每一克土壤里……
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jacksmith 发表于
好像月亮上全是这玩意儿吧，所以兔子要去嘛！
氦3纯粹是个大忽悠
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由于氦3是由太阳风带来渗进月壤中
所以氦3的分布比较平均
月球表面积约3800万平方公里
按上面数据氦3总量约百万吨
于是获取10吨氦3需要采集380平方公里范围内全部月壤
再加工提取
这还是在不计损耗基础上的计算
真还有人打算这么做吗??
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只手天下 发表于
貌似月亮上的氦-3来自于太阳上…… 而且是这一百万吨氦-3均匀的分布在月亮的每一克土壤里……
你怎么知道的···
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cruelworm 发表于
氦3纯粹是个大忽悠
可能数据没跟上。有链接吗····
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Ferrite 发表于
同志，除非你去宇宙空间去开反物质矿，否者你从正物质制造反物质，你需要投入能量，在理想的效率100%的情 ...
你忘了还有一份正常物质产生的能量了。比如制造1克反物质，让它和1克正常物质反应得到的能量一半哪去制造1克反物质一半作为输出哪去发电。
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如果有以月球表面为生存环境的自复制纳米机器人，定位用月球人造卫星，能源为太阳能，程序自带。一种吃的是月壤，拉两种屎一种几乎没有氦三，一种富含氦三，厕所设成网格状，间隔几百米，机器人爬呀爬，只拉第一种屎，到wc后拉第二种屎，去wc的路线根据距离设定成直线或曲线；第二种机器人专门清理wc，并进一步提纯，几千米一个存货点；第三种机器人很大，可能无法复制，专门拉货。找到几百个一万平方千米的高产矿区，边长也就一百千米，就占了一成的月球表面，储量怎么可占三四成吧，开采靠纳米机器人，一年搜集一次，目标是十吨氦三，还是有可能做到的，也花的来，ok
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回复咋没了
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只手天下 发表于
估计等不了 年份的头一位数字变成 3 ，人类就已经开工建造戴森球了
問題是你哪去找那么多物質～
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本帖最后由 miaomiaomiao 于
19:19 编辑
科普之路任重道远。氦3是航天界马扁经费用的大忽悠。它反应条件苛刻截面低，总量少，采集运输费用极高，在人类能源史不会有它什么事情的。放着手边大把的好烧的原料不用，跑到月球上挖氦3解决地球能源问题，纯属脑子有病。航天界的这次大忽悠实在是太成功了，一大票的人都深信不疑，实在是无语。
不过氦3聚变倒是有一件好处，就是没中子，大部分能量被带电粒子携带。这个对宇宙飞船上比较好，可用磁场约束，直接喷到后面去，当发动机使。而DT聚变的大部分能量是被中子携带，让它都往后喷，实在是太难了。在地球上，这些中子被用来制造氚，还害怕它少想办法增加呢。
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本帖最后由 GoodSpeed 于
21:47 编辑
超大貌似越来越娱乐化了, 这么多人毫无知识地坐而论道。实际上从长远的角度来看，核聚变几乎是能够满足人类越来越多能源需求的唯一的一个彻底解决方案。说起来几十吨核聚变物质似乎很多，但是其实核聚变原料在地球上含量非常多，在地球上的氘和氕的比例大概是1：7000，考虑到十几亿立方公里的水，其中的氘含量几乎可以认为是用之不竭的。氚可以从锂的化合物通过中子轰击制得，锂在地球上的丰度也不低。所以氘氚核聚变的燃料是不成问题的，几十个吨聚变材料和全国的能源需求相比成本简直就是个零头。另外很重要的就是氘氚聚变副产物之一就是大量的高能中子，正好用于产氚。其实目前实现氘氚核聚变正能量输出没有什么技术难度，而且在欧洲环上已经实现了，难的一个是经济竞争性，现在的聚变堆建造和运营实在太贵了，另一个就是高能中子会造成聚变堆结构材料产生次生放射性物质，而且往往都是长寿命的辐射产物。实际上，在氘氚堆中大家关注最多的也是次生放射性物质的问题，这些放射性物质的处理就很麻烦。解决办法之一也许是造一些聚变堆利用反应的快中子把长寿命的核废物嬗变为短寿命的。
越来越多的人都关注氦3，氘-氦3聚变不会产生中子，而会产生质子，质子带电所以可以用磁场约束让它不会到处乱飞，可以将其引导到特定的地方收集，这样可以避免次生放射性物质的问题。现在不管是磁约束还是惯性约束的聚变反应堆安全性和裂变堆相比简直是天上地下，如果使用氦3，可以说几乎完全不产生放射性废物，而且全堆整体运行在次临界的状态下，发生问题的时候停止加料和停止加热，反映立刻就会结束，反应堆建立在城市里面都完全没问题。这也是大家对月球感兴趣的原因。氦3不是一个遥不可及的能源，按照现有的空间技术在月球上采集燃料运回地球发电，带来的收益也远远超过其成本本身。至于氘氦3的反应确实比氘氚反应需要的温度高10倍（100kev），不过现在已经有装置可以达到比较接近其温度的水平。所以我觉得也许长远来看，氘氦3也许可以成为主流。不过我们大概是看不见这一天了，能看见氘氚聚变商用化就算是不错了。
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+ 加入我的果篮
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4.反物质阶段.质能转换率200%.反物质一份,以及唾手可得的正物质一份.能量转换率是核聚变的285倍.反物质从哪来?如果是生活在正反物质域边界上的原始人,是不是直接LVL4了....如果是生活在正物质域正中心的文明,到底是干翻全宇宙呢还是用0.7%的正物质合成一点反物质烟花来让自己LVL UP呢..........但凡说用反物质当能源的人,从来不考虑反物质的来源----和到处都有的氢不一样,反物质是一个粒子一个粒子数的
三，四阶段跨度略大吧。生物能和生火的燃料本质上（大部分）都来自太阳的核聚变。也许可以从更本质上来划分。
引用 的话：4.反物质阶段.质能转换率200%.反物质一份,以及唾手可得的正物质一份.能量转换率是核聚变的285倍.反物质从哪来?如果是生活在正反物质域边界上的原始人,是不是直接LVL4了....如果是生活在正物...质能方程,e=mcc,管它是什么呢.把能量释放出来,就好比前面一个悬崖,但是有一段向上的斜坡,开车冲过向上的一段斜坡,就能够掉下悬崖,使势能转化成动能.对应于化学反应,核反应,也有这样的壁垒,必须先跨过去,才能得到能量.反物质没有这样的壁垒(正物质太多),直接就很容易反应释放能量.正物质可能有极高的壁垒,但是如果能够跨过壁垒,应该可以完全转化成能量的.我们给氢聚变,需要先给它能量,目前还没跨过这个壁垒,很难嘛.比如氮氢合成氨,其实是个释放能量的反应,但是壁垒就蛮高的.我们给正物质一个高的难以想像的能量,它就可以完全释放自己,把物质百分之百的转化成能量.这段话目前还不能证伪,但是科学家搞高能量的加速器,图什么?就冲这个,咱人类也应该在能力范围内尽可能的尝试.最后,直接回答你的问题:氢元素聚变好比tnt,反物质好比雷管.tnt蕴含巨大能量,但是很难爆炸,雷管很容易爆炸,但是非常危险,只能少量储运.利用极少量反物质为引信,点燃氢元素,就可以把聚变反应堆做的很小.把反物质当做打火机来使用,就算是进入到反物质阶段了.如果直接用反物质获取能量,目前看来太奢侈了.
引用 的话：质能方程,e=mcc,管它是什么呢.把能量释放出来,就好比前面一个悬崖,但是有一段向上的斜坡,开车冲过向上的一段斜坡,就能够掉下悬崖,使势能转化成动能.对应于化学反应,核反应,也有这样的壁垒,必须先跨...如果把反物质当打火机来用,那么你的第三第四级就没有差别,都是一个层面的
所以要我说,你在第四级的定义都就不要说反物质,直接说质能转化的未知新技术,转化水平在10%以上,这样的设定才有层次
等等如果你的"反物质当打火机来用"的核心意思是把正物质转化为反物质再来反应而不是纯纯的用能量制造反物质这种差不多一个意思的方式,考虑到现有的理论,你还是把反物质删掉,直接说未知新技术好了....
在这种开放式的讨论中，避免涉及具体的技术是谨慎的，因为现有的一切具体技术都很可能（如果不是必然的话）成为落伍的、不值一提的古董，无法成为衡量的标准，而文明本身是延续性很长的。应该尽量使用更广泛内容的标准。卡尔.萨根在《外星球文明的探索》中提到，苏联天体物理学家卡达谢夫对文明等级的分类：“为了论述非常先进的外星球文明是否可能，苏联天体物理学家 N·S·卡达谢夫提议，根据这些文明用于通讯的能量来对它们加以划分。Ⅰ型文明能够调集与目前地球整个输出功率相当的能量用于通讯。而地球上的这种输出功率现在被用于加热、电力、运输等与外星球文明通讯不相干的用途。就此而言，地球还算不上是个Ⅰ型文明。Ⅱ型文明能够把相当于一颗典型恒星的输出功率（大约 10(26？次方)瓦)用于通讯。我们已在光波频率上看到离我们最近星系中的特亮恒星。Ⅱ型文明把 1026 瓦的功率用相当窄的带通朝我们方向射来，虽然在极遥远的星系间距离以外也能探测到。假如离我们最近的旋涡星系——M31（仙女座大星系）存在着Ⅱ型文明的话，我们用正确的搜寻程序就能很容易地探测到它。然而，M31 决非最大的星系。例如，椭圆星系 M87 （也叫室女座 A ）就可能包含十万亿颗恒星。最后，卡达谢夫设想了一种Ⅲ型文明，这种文明通讯的功率达 1036 瓦，约等于整个星系的功率输出。如果在宇宙中存在着Ⅲ型文明，无论它在哪里，只要它对准我们发射电波，我们就能探测到它。我们对Ⅳ型文明不作任何规定，从定义上说，这种文明只能和自己谈话。一旦我们认真地组织搜寻外星球文明，即使Ⅱ型或Ⅲ型文明不多，它们也会被我们探测到。这少数Ⅱ型或Ⅲ型文明只要向我们发射信号（见第 31 章）就远比大量的Ⅰ型文明更容易探测到。”
嗯,刘慈欣小说,乡村教师,里面所说的"三型文明",知道牛顿定律的,大概相当于掌握了蒸汽机的文明阶段,就是化学能文明的第二阶段.
反物质作为第四阶段是缺乏道理的，这个世界绝大多数都是正物质，去哪里开采反物质？人工合成的话，只是能量转换，而不能把自然界的能量提取出来。这个意义上将，反物质就像氢能一样最多作为高能燃料使用。楼主所列前三阶段都是从自然界开采能量的过程，第一阶段是食物里的化学能，第二阶段是燃料里的化学能，第三阶段是铀钚氢等同位素的核能。到了太空时代，可能也只是核能和太阳能的高级开放，如修建戴森球，大幅提升恒星的热辐射的利用率，大量开采木星上的氢能等。现在的利用率实在太低。
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