在一些科幻電影和小說中，經(jīng)常會(huì)有反物質(zhì)武器和反物質(zhì)空間等概念，或者將反物質(zhì)作為星際飛船的超級(jí)燃料。它的能量超乎人們的想象。僅僅一克反物質(zhì)釋放的能量就相當(dāng)于兩顆廣導(dǎo)原子彈。10克的反物質(zhì)推力就能讓飛船一個(gè)月到達(dá)火星。同樣，它的造價(jià)也極其昂貴，一克的反物質(zhì)高達(dá)上百萬(wàn)億美元，是什么機(jī)理造成了反物質(zhì)具有如此巨大的能量？又是什么原因?qū)е铝朔次镔|(zhì)的造價(jià)無(wú)比昂貴？在正式進(jìn)入今天的主題之前，先讓我們一起來(lái)思考，反物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、是好事還是壞事。

1.反物質(zhì)的由來(lái)

關(guān)于反物質(zhì)的研究，首先得從英國(guó)物理學(xué)家保羅.狄拉克說起。在微觀世界中，粒子所處的位置只能用概率來(lái)進(jìn)行描述，而描述這種概率的方程就被稱之為波函數(shù)方程，由薛定諤所提出，因此也叫薛定諤方程。薛定諤方程雖然很好，但其本質(zhì)是非相對(duì)論形式的，所以在描述高速運(yùn)動(dòng)的粒子時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問題，為了解決這一問題，在1929年的時(shí)候，狄拉克把相對(duì)論引進(jìn)了量子力學(xué)，建立了著名的狄拉克方程，不過在當(dāng)時(shí)這個(gè)方程引起了很多人的質(zhì)疑，在使用狄拉克方程求解的過程中，電子會(huì)出現(xiàn)負(fù)能級(jí)。這就與常識(shí)相悖了，電子有很多不同的能級(jí)，最低的能級(jí)為基態(tài)，其上可能有第一激發(fā)態(tài)、第二激發(fā)態(tài)等等，但哪里來(lái)的負(fù)能級(jí)呢？狄拉克最終給出的解釋是：負(fù)能級(jí)帶有正電，因其已經(jīng)被帶有負(fù)電的電子填滿了，所以電子就不能躍遷到負(fù)能級(jí)，所以我們也意識(shí)不到它的存在。這片由負(fù)能級(jí)和電子所組成的區(qū)域就是我們所說的“真空”。1931年，狄拉克又預(yù)言了電子的反粒子及反電子的存在。他還進(jìn)一步提出，質(zhì)子及其他粒子也應(yīng)該有相應(yīng)的反粒子。如果所有粒子都有反粒子，那么就有可能存在完全由反粒子組成的物質(zhì)，這種就是反物質(zhì)。這就是人類第一次意識(shí)到可能存在反物質(zhì)。

為了探索反物質(zhì)之謎，在1932年，美國(guó)科學(xué)家安德森在利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備“威爾遜云室”觀測(cè)宇宙射線的時(shí)候，無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了帶有正電的電子，安德森將其稱之為正電子，電子都是帶負(fù)電的，所以正電子就是電子的反粒子。隨后，在1955年，意大利物理學(xué)家塞格雷和美國(guó)物理學(xué)家張伯倫又發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子，僅1年之后，1956年，美國(guó)科學(xué)家考克就發(fā)現(xiàn)了反中子。漸漸地人們意識(shí)到，不僅僅是電子、質(zhì)子、中子，所有微觀粒子都有相對(duì)應(yīng)的反粒子。在很多年以后，1995年，歐洲核子中心的瓦爾特帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)制造出了反氫原子，至此，人類擁有了制造反物質(zhì)的能力。

2.反物質(zhì)的威力

在物理學(xué)中“守恒”是非常重要的，因此在愛因斯坦完成狹義相對(duì)論后，如何按照E=MC2，把盡可能多的質(zhì)量“引出來(lái)”變成能量釋放出去，就成了物理學(xué)研究的一個(gè)熱門?？茖W(xué)家按照愛因斯坦狹義相對(duì)論的“能量守恒公式”，造出了原子彈和氫彈，但由于原子彈（轉(zhuǎn)化率0.135%）和氫彈（轉(zhuǎn)化率0.7%）的核裂變能量釋放轉(zhuǎn)化率過低。所以科學(xué)家把注意力轉(zhuǎn)移到了“更加危險(xiǎn)”的反物質(zhì)研究。反物質(zhì)我們可以簡(jiǎn)單的理解為是正常物質(zhì)的鏡像，它們是對(duì)稱的，兩者之間有一個(gè)非常重要的特性，當(dāng)反物質(zhì)和物質(zhì)結(jié)合時(shí)，會(huì)相互湮滅、抵消，并產(chǎn)生巨大能量。正反物質(zhì)發(fā)生湮滅之后，不會(huì)再生成任何相應(yīng)的物質(zhì)元素，而是會(huì)變成兩個(gè)不具備質(zhì)量的光子，這說明，正反物質(zhì)發(fā)生湮滅釋放能量的過程中，所需要消耗的是兩種物質(zhì)的全部，也正是因此，比起核裂變或者核聚變來(lái)說，正反物質(zhì)湮滅釋放的能量都是任何一種反應(yīng)形式無(wú)法比擬的。根據(jù)質(zhì)能方程E=MC2，如果一克反物質(zhì)脫離磁束縛與正常物質(zhì)發(fā)生接觸，那么這克反物質(zhì)就會(huì)和正常世界中的一克物質(zhì)發(fā)生湮滅，一共兩克物質(zhì)將化作純能量釋放出去，威力則相當(dāng)于4.3萬(wàn)噸TNT爆炸，簡(jiǎn)而言之，一克反物質(zhì)的威力相當(dāng)于兩顆廣島原子彈。這樣的能量究竟是個(gè)怎樣的概念呢？并且反物質(zhì)湮滅還不同于原子彈爆炸，它是不會(huì)產(chǎn)生輻射的，也正是因此，反物質(zhì)也就自然而然地成為了一種比核能更加理想的能源物質(zhì)。

3. 反物質(zhì)的價(jià)值

為了探索反物質(zhì)之謎，科學(xué)家發(fā)明了造價(jià)千億的粒子對(duì)撞機(jī)，物理學(xué)家們利用這種裝置來(lái)收集“反物質(zhì)”，目前，在實(shí)驗(yàn)室中制造正電子、負(fù)質(zhì)子等基本反粒子已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但除了反氫原子，對(duì)于構(gòu)成反物質(zhì)的其他反原子、反分子還都一無(wú)所獲。迄今為止，美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室造出的所有反質(zhì)子加起來(lái)只有不到15毫微克，而世界上最大的粒子物理研究中心歐洲粒子物理研究所創(chuàng)造出的所有反物質(zhì)只有一毫微克。以目前的科技水平來(lái)說，要想得到一克的反物質(zhì)，似乎是根本不可能實(shí)現(xiàn)的。

即便是用世界上最大的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，也至少要對(duì)撞數(shù)百萬(wàn)年才能得到，不僅如此，反物質(zhì)不同于普通物質(zhì)，但凡碰到一點(diǎn)普通物質(zhì)，它們就會(huì)發(fā)生湮滅反應(yīng)，繼而消失，因此，即便有能力大規(guī)模制造反物質(zhì)，要想將它們儲(chǔ)存起來(lái)也是非常困難的事情。但是隨著科學(xué)家們的不斷研究發(fā)現(xiàn)，通過磁場(chǎng)的干預(yù)似乎能夠延長(zhǎng)反物質(zhì)的存在時(shí)間，從最初的幾微秒延長(zhǎng)至了約0.17秒。雖然這個(gè)時(shí)間看似依然非常短暫，但對(duì)科學(xué)家來(lái)說，能延長(zhǎng)至這樣的時(shí)間長(zhǎng)度已經(jīng)是極限了，雖然科學(xué)家們對(duì)反物質(zhì)的研究已經(jīng)得到了初步的成果，但是要想徹底掌握這種能源，我們要走的路還是非常長(zhǎng)的。由于反物質(zhì)十分稀有，它的市場(chǎng)價(jià)格曾高達(dá)100萬(wàn)億一克，經(jīng)過幾年的科技發(fā)展之后，如今的反物質(zhì)的制作成本仍然高達(dá)約62.5萬(wàn)億一克，這樣昂貴的成本也限制了反物質(zhì)不可能被私人擁有，只能為國(guó)家控制，對(duì)人類來(lái)說算是萬(wàn)幸。

4. 反物質(zhì)的用途

其實(shí)反物質(zhì)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得以應(yīng)用。不少醫(yī)院使用的PET設(shè)備就是通過正電子來(lái)顯示身體圖像。簡(jiǎn)單來(lái)講就是向身體注入正電子，正電子會(huì)與我們體內(nèi)的電子發(fā)生湮滅，并釋放出能量，而這股能量會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)光，可以讓身體內(nèi)的病變更容易被發(fā)現(xiàn)。反物質(zhì)雖然能夠應(yīng)用于醫(yī)療，但其真正的價(jià)值并不在此。大家知道，一切以創(chuàng)造出大規(guī)?！澳芰酷尫拧睘槟繕?biāo)的研究，最終都是為了軍事方面服務(wù)，原子彈和氫彈如此，反物質(zhì)的研究也不能免俗。比如今年很熱的科幻片《流浪地球2》，整部電影設(shè)定的主基調(diào)就是用了“反物質(zhì)與正物質(zhì)”的概念。然而，反物質(zhì)并非只存在被用作“毀滅性武器”的價(jià)值，科學(xué)家不停研究反物質(zhì)的動(dòng)力在于，反物質(zhì)可以用來(lái)應(yīng)對(duì)地球未來(lái)產(chǎn)生的“能源危機(jī)”，以及將來(lái)人類探索宇宙的能源動(dòng)力?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)能將人類帶進(jìn)“宇航新時(shí)代”，它能打破人類對(duì)于宇宙飛船飛行速度的認(rèn)知。有專家預(yù)測(cè)反物質(zhì)能夠?qū)w船的速度從目前最高的光速萬(wàn)分之一，提升到光速的十分之一，10克的反物質(zhì)推力就能讓飛船，一個(gè)月到達(dá)火星。那時(shí)人類星際移民將不在是個(gè)夢(mèng)。這對(duì)于航天和物理領(lǐng)域來(lái)說是質(zhì)的飛躍。