等我們可以利用反物質哪一天，可能是我們真正遨遊宇宙的日子！

導讀：本章摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》。此文旨在幫助大家認識我們身處的世界。世界是確定的，但世界的確定性不是我們能把我的。

大家要知道，反粒子的概念首先是1928年由英國物理學家狄拉克在他的空穴理論中提出的。1932年在宇宙射線中發現了正電子，證實了狄拉克的預言。

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1956年美國物理學家歐文·張伯倫（Owen Chamberlain）在勞倫斯-伯克利國家實驗室發現了反質子。進一步的研究發現，狄拉克的空穴理論對玻色子不適用，因而不能解釋所有的粒子和反粒子。根據量子場論，粒子被看作是場的激發態，而反粒子就是這種激發態對應的復共軛激發態。

如果反粒子按照通常粒子那樣結合起來就形成了反原子。由反原子構成的物質就是反物質。後面會給你講反物質的概念。

那麼有哪些常見的反粒子呢？正電子、反質子、反中子、反中微子、反介子、反超子等都是反粒子。

再強調一遍，反粒子與所對應的粒子在質量、自旋、平均壽命和磁矩大小都相同；如果帶電。兩者所帶電量相等而符號相反。磁矩和自旋的取向關係也相反。反粒子與所對應的粒子相遇就發生湮滅而轉變為別的粒子。

一切粒子均有其相應的反粒子，如電子e-的反粒子是正電子e+，質子p的反粒子是反質子，中子n的反粒子是反中子，1959年王淦昌領導的小組發現的反西格碼負超子是Σ-的反粒子。有些粒子的反粒子就是它自己。如γ光子、π0介子和η介子。一些中性玻色子如光子、π0介子等，其反粒子就是它們自己。所以說除了某些中性玻色子外，粒子與反粒子是兩種不同的粒子。

上面已經介紹了，反粒子最早是1928年P.A.M.狄拉克理論上預言正電子而提出的，1932年被C.D.安德森實驗發現而證實；1956年美國物理學家張伯倫在勞倫斯-伯克利國家實驗室發現了反質子，他用玻璃管中的被粒子加速器加速過的高能粒子對相撞，發現在突然間成對出現了幾道軌跡，又在短時間內相撞而互相湮滅，這是人們第一次直接觀測到反粒子。

正反粒子是從場論的觀點來認識的，場的激發態表現為粒子，與之對應，場的復共軛激發態表現為反粒子。當γ光子的能量大於某種粒子靜能的兩倍，在一定的條件下就可以產生正反粒子對；反之，正反粒子相遇可湮滅併產生兩個光子或 3 個光子，遵從質量-能量守恆和動量守恆。

如果所有的粒子都有相應的反粒子，首先檢驗的是應該存在質子的反粒子、中子的反粒子。1956年美國物理學家張伯倫等在加速器的實驗中，發現了反質子，即質量和質子相同，自旋量子數也是1/2，帶一個單位負電荷的粒子。接著又發現了反中子。

後來發現，各種粒子都有相應的反粒子存在，這個規律是普遍的。有些粒子的反粒子就是它自己，這種粒子稱為純中性粒子。光子就是一種純中性粒子，光子的反粒子就是光子自己。在粒子物理學中，已不再採用狄拉克的空穴理論來認識正反粒子之間的關係，而是從正反粒子完全對稱的場論觀點來認識。

迄今，已經發現了幾乎所有相對於強作用來說是比較穩定的粒子的反粒子。 如果反粒子按照通常粒子那樣結合起來就形成了反原子。由反原子構成的物質就是反物質。

反物質又是什麼概念？物理學上指反原子核由反質子和反中子組成的帶負電荷的物質。反核子（反質子和反中子）組成反原子核，反原子核和正電子組成反原子，各種反原子組成各種反物質。

對於反物質的探索過程，已經取得了很大成功。下面就是一些實例。

1995年歐洲核子研究中心的科學家在實驗室中製造出了世界上第一批反物質——反氫原子。

1996年，美國的費米國立加速器實驗室成功製造出7個反氫原子。

1997年4月，美國天文學家宣布他們利用伽馬射線探測衛星發現，在銀河繫上方約3500光年處有一個不斷噴射反物質的反物質源，它噴射出的反物質形成了一個高達2940光年的「反物質噴泉」。由於我國參與了這項研究，因此新聞媒體曾熱心地宣傳過它。美國著名華裔科學家丁肇中也正致力於此。

2000年9月18日，歐洲核子研究中心宣布他們已經成功製造出約5萬個低能狀態的反氫原子，這是人類首次在實驗室條件下製造出大批量的反物質。

歐洲原子研究中心的科學家們在歐洲當地時間的2010年11月17日表示，通過大型強子對撞機，他們已經俘獲了少量的「反物質」。當然，這些「反物質」只是少量的反氫原子而已，但這一發現也是引發了科學家極大的反響。

位於日內瓦的歐洲核子研究中心一直以來也在為破解這一難題而不懈的努力。歐洲核子研究中心擁有世界上能量最高的粒子對撞機——大型強子對撞機，這一對撞機的使命就是探究宇宙的起源，尋找那些未經證實的可能存在的物理現象。

在17日研究人員宣布，在經過了不懈的努力之後，大型強子對撞機終於發現了幾十個氫原子的『反物質』。羅布湯普森教授表示：「儘管發現的只是反物質的冰山一角，但這毫不影響這一發現的重要性，這是一次重大的突破，有利於我們更好的了解宇宙的性質和起源」。

英國《自然》雜誌網站17日刊登研究報告說，歐洲核子研究中心（CERN）的科學家成功製造出多個反氫原子，並利用磁場使其存在了「較長時間」。這是科學家首次成功「抓住」反物質原子。

來自英國的斯旺西大學的查爾頓教授最後對於這一發現做了自己的論述：「現在的宇宙基本是由普通物質所壟斷，但我們必須要了解宇宙的全貌，否則我們可能身處危險之中卻全然不知，氫是宇宙中最重要的元素，發現它的反物質，具有非凡的意義。」

氫原子是只有一個質子和一個電子的最簡單的原子。實際上，歐洲核子研究中心早在1995年就第一次製造出了反氫原子，但只能存在幾個微秒的時間，就與周圍環境中的正氫原子相碰並湮滅。此次的突破之處在於，製造出數個反氫原子後，藉助特殊的磁場首次成功地使其存在了「較長時間」——約0．17秒。

這個時間聽起來似乎仍然很短，但對於科學家來說，這個時間長度已十分難得，可以對反氫原子進行較為深入的觀測和分析。因此，這一成果被看作是物理學領域的一大突破，將大大推動有關反物質的研究。

反物質是一種人類陌生的物質形式，在粒子物理學裡，反物質是反粒子概念的延伸，反物質是由反粒子構成的。反物質和物質是相對立的，會如同粒子與反粒子結合一般，導致兩者湮滅並釋放出高能光子或伽瑪射線。

2011年5月初，中國科學技術大學與美國科學家合作製造了迄今最重反物質粒子——反氦4。

2011年6月5日歐洲核子研究中心的科研人員宣布已成功抓取反氫原子超過15分鐘。同時在自然界也有『反物質』的能動能效--反應為反物質凝聚。

我國上海光機所利用飛秒拍瓦激光裝置和高壓氣體靶相互作用產生大量高能電子，高能電子和高Z材料靶相互作用，由韌制輻射機制產生高強度伽馬射線，伽馬射線再和高Z原子核作用產生正負電子對。正電子譜儀經過精心設計，成功解決了伽馬射線帶來的雜訊問題，利用正負電子在磁場中的不同偏轉特性，實驗中在單發條件下就成功觀測到了正電子。這是我國首次報道利用激光產生反物質。

由丁肇中主持的反物質研究已有16個國家的科學家參與其中，投入的資金更是高達1000多億美元。許多科學家表示：只要能發現宇宙反物質的存在，那麼這將是當之無愧的諾貝爾獎。

人類已經向太空發射探測器，該探測器已於2005年發射升空並永久停留在太空，東南大學還將建立一個數據接收分析中心和培訓中心作為配套項目。丁肇中認為，如果反物質確實存在，當正物質與反物質碰撞時可以產生巨大的能量。他所主持的「尋找宇宙中的暗物質和反物質」的研究已進行多年，已取得一些重要成果。「但是，從這一領域發展的歷史來看，人們要有思想準備，也許我們會發現意想不到的東西，與原先想研究的東西毫無關係。」丁肇中很慎重地表示。

反物質至今都是物理學領域的一大謎團。我們周圍環境中的物質是正物質，它由原子組成，原子由帶正電的質子和帶負電的電子以及中性的中子組成。與此相反，由帶負電的質子和帶正電的電子組成的物質就是反物質。

大家已經看到了，反粒子是存在的，反物質也是存在的。關於反物質，反粒子的理論觀點，就是再寫10萬字也總結不完。大概是從兩個方面進行研究和推測的。

一個是從宇宙大爆炸方面，認為宇宙爆炸之處正反物質是等量的，現在太空中就有磁譜儀來檢測反物質。目前還沒有檢測到太空的反物質。

另一個是從實驗室獲取方面來研究的。難點主要是反物質的難追尋，難保存。這兩個點使得反物質的實際應用還比較遙遠。

就兩個點的內容，我不安照現有的理論來給大家講了。因為我自己是不贊同的。看過我另一本科普書籍《變化》的朋友，肯定知道為什麼。

首先我在《變化》中說過，組成物質的基本粒子形態，應該有「正，中，反」三種形態。也符合現在的研究，也符合現在的哲學體系。

反物質，反粒子的存在，不是人類的悲哀。雖然這種「反物質危險論」是存在的。

宇宙大爆炸理論值得懷疑，很多點不能自圓其說。何況我們對於宇宙還沒有一個整體的認識，就不能說宇宙是膨脹的。我們現在看到的只能說是局部。

所以宇宙大爆炸初始正反物質等量的概念，我自然是不認同的。是的，我們周圍環境，都是正物質環境。反物質一出現，就會和正物質發生湮滅。

但情況遠遠沒有那麼簡單，我們周圍的環境是正物質環境，不代表沒有一處環境，不適合反物質存在。所以大規模的反物質一定有存在的空間。在浩瀚的宇宙中，只要我們人類活的夠久，走的夠遠，就一定能夠找到。

而且現在物理的規則顯示，他們不應該是等量的。宇宙是一個開放的系統。這也是我在《變化》中的觀點。一個開放的系統是不會有熵寂的。

假如宇宙是一個封閉的系統，又假如宇宙正是從大爆炸產生，而且正反物質等量，那才是人類的悲哀呢。一個封閉的系統，必然走向熵寂，人類自然也是曇花一現。

這樣考慮的話，我們還可以有一個大膽的推測。我們周圍的物質都是正物質，也可以說是「同類物質」。「同性相斥」在電磁學裡我們學過。引力又是宇宙中最弱的力。

我們一般認為磁場的延伸範圍是無限遠的。那我們現在所處的宇宙環境就是很多個磁場組成的「大磁場」。那麼在「同性相斥」的情況下，也能得出引力不足以拉住周圍的星系，看到宇宙是膨脹的！

其實這個假設的漏洞也明顯，那就是如何解釋離我們越遠的星系，膨脹速度越快。造成此原因的相干性理論也能有很多。所以我們要拆開來講，是很複雜的。

大家可以先去看看《變化》中關於宇宙大爆炸的內容觀點。但想到了這個推測，我們還應該想到一個問題：那就是輻射和電磁場，或電磁波的關係。

大家好好想想這個問題，下一章我們就這個問題來討論一下。一定能給你耳目一新的感覺。

所以宇宙大爆炸和暗物質理論是有很多疑點的，也是我為什麼要一再強調的。因為該理論對我們已經是耳濡目染，影響深入骨髓了。但它所指向的方向，令我更加迷惑了，而不是清晰了。所以我要說出這些話來。

在這裡著重強調，用熵的概念來理解正反物質的湮滅是個不錯的路徑。能量就是這樣循環的！

反物質雖然不好追尋和保存，但顯然比暗物質靠譜多了。暗物質的觀點要謹慎，暗物質的觀點和大爆炸觀點一樣不靠譜。

摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》

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