反物质

封面美丽的“光团”是宇宙中有名有姓的螺旋星云，与反物质其实无关。真实的湮灭并不华丽。 这本书出版已有十年之久了，去年ALPHA就能通过铍冷却（同情冷却）技术在短短7小时内同时困住15000个反氢原子，而我国的JUNO也在惊人的59天完成了对太阳中微子张力的数据采集和持续确认，在右手马约中微子等探索上也提供了无可挑剔的实验平台，理论框架和合作基础。 反物质真实存在，但制造需要大量能量，湮灭无法完全收能，存储，运输均存在巨大挑战。 但它的应用是实在的： 未来可能的火箭燃料供应； 第一张和第四章都有提到的利用正电子的糖湮灭位置产生的伽马射线来治疗癌症- - PET扫描； “走进科学”，拨清科幻与现实的界限（至少是现有阶段的界限）； 最最重要，验证那些经久的物理定律和探寻未知的缝隙— —跷跷板机制，中微子振荡…… 阅读到第六章关于反物质的储存，惊叹人类怎么可以聪明成这样？利用电磁力束缚正电子，让它在封闭真空下作“最自然”的周期运动（仅凭电力或磁力无法困住正电子）。更有趣的是，Penning陷井的“前身”是二战时期用于粒子加速增加能量的装置，这种装置本身就需要电磁的统一。还有后来提到的激光踢出反质子（多普勒），电压脉冲，这些，无不处处展现力学和狭义相对论的光辉。 关于第七章提到的外星人拜访，其实是个严肃的问题。物理的严谨也许可以帮我们弄清对方到底是不是反物质，但外星文明根基的不可预料却不能帮我们预测对方是否说谎。高于我们的文明通过无线电能否判定我们是物质还是反物质尚不知道，但它首先评估的一定是承受湮灭的代价，其次才可能是善意。毕竟宇宙物质与反物质这场漫长的斗争，物质不是平手。 好奇冯诺伊曼当时有没有想过这个问题，会给出如何的答案。 最后回到太阳，第一章计算的10%可见光来自正负电子湮灭是个明显的错误（第一章注），正负电子湮灭不直接产生可见光，是伽马射线，而十万年的路径十分复杂。 核聚变让它走了十万年，褪变成可见光再经过八分钟抵达地球； 而太阳中微子直接承载着最原始的密码穿透着我们的肌肤。 秦时明月汉时“光”，你感受到的，感受不到的，都被光串起。

⛳⛳神奇的物质，不，神奇的反物质！印象中小小的一粒尘埃，不幸飘入，顷刻间，斗转星移，万物凋零。对其本质知之甚少，毫无观念。 👉🏼 读完弗兰克·克洛斯的《反物质》，又一次被科普了（上一次是《时间的形状》），着迷那正反物质的相互湮灭，为何会有物质产生？对称性是一个很深奥的研究课题，不易观测。国际报到发现中微子与这刚好有联系，中微子可能CP不对称。 ♦️ 费米子才有伴侣，至于玻色子，如光子，目前来说还是孤零零一个人，还没有反光子。 💦不曾想，已经走了那么多步，在未知的无穷无尽的宇宙中，我们蹒跚前行，称赞与自豪应是少不了的。 ✨✨书中某某对费米子的公式，得来的方法另人惊叹，感慨遗忘了的高数，矩阵的神奇。 🌟遗憾的是，人为制造反物质来提供能源是行不通的，能量守恒也不那么可爱了。制造的速度与成本限制了其作为武器的用途是一幸事。不过又挺希望能看到正反物质（有可观质量）相遇的情景。 💕 当我离去，万物凋零，斗转星移。 🤔反物质与物质接触而湮灭时会放出禁锢在内的巨大能量，并留下光子这种既非物质又非反物质的东西；反过来，在适当的条件下，光子也会变成一对物质和反物质。科学家相信，宇宙大爆炸之初产生了很多物质和反物质。然而，为什么最后留下来组成我们这个宇宙的只有物质呢？如果物质和反物质是等量产生的，湮灭之后应该什么也不留下来才对啊。他们初步怀疑问题出在中微子上。中微子“与电子类似，可算电子的电中性姐妹”，它的质量几乎为零，不带电，没有内部结构，以接近光速的速度在宇宙中穿行，可自由穿过所有星球，几乎不与任何物质发生作用，号称宇宙间的“隐身人”。美国诗人约翰•厄普代克（John Updike）作了一首关于中微子的诗《宇宙瑕疵》，很形象地描绘出它的特点。 🔮🎗中微子，它们非常小。 它们无电荷无质量， 全然没有相互作用。 地球对它们只是一个糊涂的球， 它们穿球而过， 像尘埃少女穿堂而过， 亦如光子通过一片玻璃。 它们傲视最精美的气体， 忽视最坚实的墙， 轻视钢和坚固的黄铜， 蔑视马厩中的牡马， 藐视种类的障碍， 渗透你也渗透我！ 像巨大又锋利的铡刀， 它们铡过我们的头进入地表。 晚上，它们进入尼泊尔， 从床的下边戳穿情人和他的情侣 ——你称它奇妙，我称它冷酷。

如果你问我，宇宙中最神秘的东西是什么，我一定会回答是反物质和暗物质。 但其实我并不确知这二者究竟是什么，何以存在，又有何区别。甚至在读本书之前，我还以为反物质与暗物质一样，都是我们肉眼不可见的东西，而实际上，「如果某天你恰好看到了一块反物质，你应该不会特别注意到它：从很多外部性质上说，反物质与普通的物质看起来没什么区别」。 反物质与暗物质有着非同寻常的魅力，引诱我翻开书籍，尝试了解它们。 第一站便从《反物质》开始吧。 本书是一部十分正统的科普作品。 所谓正统，指的是它书如其名，紧紧围绕着反物质谈论，小十万字的篇幅中没有一句闲笔，读完令我收获颇丰，有种被美味的知识喂饱的满足感。 本书内容包括反物质是什么，反物质是如何被发现的，以及科学家们如何制造和存储反物质，同时，还顺道辟谣了通古斯事件是反物质灾难、美国军方已掌握反物质武器等一系列神乎其神的“江湖传说”。 作者弗兰克·克洛斯既是牛津大学理论物理学教授，也是日内瓦欧洲核子研究中心传播与公众教育部门负责人，他用扎实的理论知识和风趣的语言文字，将硬核而枯燥的粒子物理知识尽可能讲得通俗易懂、趣味纷呈。 形象的比喻和精妙的形容贯穿全书。 例如，作者将看起来与普通物质别无二致的反物质，比喻为看似无害、实则危险特洛伊木马：「它的伪装堪称完美，以至于看起来完全是物质家庭的一员，而它内在的破坏一切遇到的东西的能力使它看起来更像“特洛伊木马”。」 再如，谈到科学家们发现本以为不可分的质子实际上由夸克构成时，作者形容质子「就像蚁丘一样，远远看去只是一大块黑色的土堆，但近看就会发现内部有很多小的生物正在火热地活动着；对于质子而言，远看是一个紧致的带电球体，但近看会发现它是一个夸克的簇团。」 又如，作者将反质子与质子遭遇后湮灭的经过，浪漫地描述为一支华尔兹舞：「湮灭过程并不是瞬间完成的。相反，在相互进入并最终结合之前，一对质子和反质子会跳一支华尔兹舞。……如果反质子以一个相对慢的速度靠近质子，就会陷入质子的正电荷引力中，开始绕着质子旋转，很像电子在原子中的情形。」 所谓反物质，就是物质的忠实反面。构成反物质的反粒子，与其对应正粒子的质量相同，而电荷相反。 当反物质遇到正物质时，就会湮灭。所谓湮灭，通俗来说就是粒子的质量全部转化为能量，粒子消失而能量爆发。整个过程符合爱因斯坦质能方程E=mc²。 用一个对比就能清楚看到反物质湮灭所释放的能量之巨：「一千克反物质的湮灭，释放的能量是一千克TNT炸药爆炸能量的100亿倍，是相同质量核裂变能量的1000倍，核聚变能量的100倍。」 当对反物质有了最粗浅的理解后，你一定也会同我一样心中充满了问号： 为什么质量相同、电荷相反的正反粒子相遇就会湮灭？ 为什么我们周围的世界是由物质而不是反物质构成的？ 如果反物质能如此高效地释放能量，为什么不用它替代核能？ 与反物质有关的、包括但不限于这三个问题的答案，都可以在本书中找到。 故事还得从发现反物质的经过谈起。 现代物理学上的新进展，走的常常是这样一条曲折的道路：不符合常理的现象在实验中反复出现，而实验物理学家要么选择忽略这个现象，要么千方百计地用已有理论解释这个现象，却始终无法说服自己；与此同时，一位理论物理学家从某个伟大的方程式中导出了一个颠覆性的推论，但起初并不引起学界重视；直到理论与实验的两条路径交汇，就像天雷勾动地火，孕育出全新的物理学。 反物质的发现也是如此。 1923年，苏联科学家斯科贝尔金在列宁格勒研究γ射线的云室中，第一次观测到了一些「偏转到了“错误的轨道”上」的电子轨迹，在学术会议上引发讨论，却最终只带来了困惑。 1928年，狄拉克在剑桥写出了狄拉克方程，并预言了反粒子的存在。这个观点实在太过新奇，在人们对粒子和世界构成的认识还极为单纯的当时，理论界根本没有反电子的容身之处。「在狄拉克发表了他的言论之后的数月间，每次他做完报告，都有人质疑他：“反电子在哪里呢？”」 1930年，美国物理学家米利肯建议他的学生安德森去制作一个足够强力的磁铁，以用于偏转宇宙射线，安德森在实验中观测到了仿佛是反向运动的电子所留下的轨迹。此时的安德森和米利肯尚未得知狄拉克突破性的理论。米利肯坚持这些轨迹是质子造成的，尽管那轨迹极为细小，而安德森则“忤逆老师”，在1932年将正电子的轨迹图片发表在了《科学新闻快报》上。 1931年，剑桥大学卡文迪许实验室的布莱克特和哈里利在云室发现了花洒般的奇怪轨迹，但直到他们听闻安德森的发现，才真正意识到自己看到的是什么。1933年，他们将自己的发现投稿到英国《皇家学会学报》，并明确指出正电子在实验中产生，而非来自宇宙射线。 至此，狄拉克的理论，才与安德森、布莱克特和哈里利的实验结果相遇。这种理论和实验的完美结合，很快在科学界掀起了研究正电子和其他反粒子的热潮。 反粒子存在和湮灭的本质就藏在狄拉克的理论之中。 著名的狄拉克方程，即电子在高速运动下的薛定谔方程，使狭义相对论与量子力学完美结合。 但狄拉克方程有两个可能的解，一个解表示电子拥有正能量，而另一个解则表示电子拥有负能量。然而如果电子可以处于负能态，则物质中的电子就会自发跃迁到更低的能态，这会导致物质世界的崩坏。我们的世界尚且完好，就说明负能态已经全部被占满了，物质中的电子没法跌落其中，所以物质才得以保持稳定。 狄拉克用形象的“真空海洋”理论来进行比喻。他认为，真空中充盈着一个深邃而平静的“海洋”，海平面处为能量零点，往下则是负能级的世界。如果没有扰动，它是不可见的。 普通情况下，海洋中没有任何空隙，但若用足够大的能量轰击海洋，则海洋中一个处于负能级的电子就会获得能量跃出海面，成为一个携带正能量和负电荷的普通电子，而与此同时，海洋里就留下了一个空洞。由于这个空洞流失了一个带负电荷的电子，因此可以把它看作带正电荷，而它又是一个负能量海洋中的空洞，负负得正，可以看作拥有正能量。这个空洞，看起来就是一个携带正能量和负电荷的“正电子”。 所谓湮灭，可以理解成一个普通粒子遇到了一个真空之海中的空洞，就掉落了进去，融入不可见的海洋消失了。它从正能态跃迁至负能态，于是释放出能量。 从这个角度理解物质也非常有趣。能量凝聚成了物质，物质就是禁锢的能量，而反物质则是能量造物时刻下的凹痕。 但是，如果能量总是同时造就一对正反粒子，而它们又总是成对湮灭，那么我们的物质世界是如何出现的呢？ 当今的主流思想认为整个的可见宇宙都是由物质组成的，反物质是被排斥的。 理论认为宇宙在大爆炸之后马上衔接着一场大湮灭。在每五立方米的空间内，有一百亿零一个质子与一百亿个反质子，一百亿对正反质子湮灭，而现在保留下来的物质宇宙正是来自于那唯一存活下来的质子。「今天所有的一切，都是某个庞然大物消失后剩下的一丝残片。」 那么多出来的质子是哪里来的呢？ 对粒子物理的深入研究发现，自然中存在着三代中微子。三代的正中微子和反中微子不会按照相同的比例衰变。 意大利理论学家埃托雷·马约拉纳就此提出马约量子的理论。马约量子的衰亡生成了不等量的中微子和反中微子，它们撞击各种粒子和反粒子，导致夸克的数目略微超过了反夸克。 尽管在诞生之初，正反粒子完全是镜像存在的，但在宇宙形成后的瞬间，物质和反物质之间的不对称就已出现。物质与反物质的不对称性，带来了百亿分之一的“幸存者”质子，就是它们构成了我们生活其中的物质世界。 这个理论目前仍是猜想，我们仍在寻找马约量子。 狄拉克的理论不仅预言了每种粒子都存在一种反粒子的配对，还指出我们可以用能量轰击的方式制造反粒子。 以大型正负电子对撞机（LEP）为代表的粒子物理实验设施在世界多地建立，开展对反物质的制造和研究。 在我们这个物质世界上储存反物质是一大难题。由于反物质会摧毁任何物质，所以只有用不是物质的笼子才能关住它。 科学家首先制造出一个比外太空更加空旷的真空管道，确保反粒子很难在其中遇到物质粒子，然后对其施加电场和磁场来限制住反粒子，形成一个永远运动的环形束流。 但这种办法只对带电荷的反粒子有效，对于不带电的反原子、反分子甚至宏观反物质，目前尚未有能够较长时间储存它们的方式。 正因如此，尽管我们已能够制造出反物质，但利用它们作为能源或武器，目前来说依旧仅仅是科学幻想。 从1923年斯科贝尔金第一次观测到正电子，到2023年的今天，物理学家们对反物质的研究已历时整整百年。 反物质的理论本身和它的研究之旅都是那么地美妙，正如作者所说：「现实的灵感如此美妙，谁还需要虚构呢？」 尽管它身上仍旧谜团重重，但我们已经知道，是反物质施放了无中生有的魔法，让宇宙万物以及我们的生命成为可能。

通常人一说到反物质就会想到丹·布朗（Dan Brown）的小说《天使与魔鬼》。而本书从科普角度介绍反物质。一般说“物质存在突然遇到了反物质的自己，它们的参数是完全互补的，最终会相互协调然后消亡。反物质的魅力就在于，它会在一瞬间摧毁物质。反物质顾名思义，真的可以“反”物质”。反物质极其罕见，在现实中几乎不存在，而微量的反物质摧毁物质时，反物质本身也被摧毁了。“如果一种物质会摧毁所有接触它的东西，那么怎么存储它呢？”。 另外，反物质消失之谜？也许“谜团的重点并不在于为何反物质会消失，更多的是为何物质留存下来了？答案也许是，它们之间并非完美镜像对称的，相互有一些差异。” 例如，“像癌细胞，杀死了宿主之后自己也会死亡。我们世界中任何物质的湮灭，都会对应着相同量反物质的消失。” ……不过，现在有人提出：“因为反物质会摧毁任何物质体，所以只有一种没有物质外壳的笼子才能保存它。这个办法就是制造一个比外太空更加空旷的真空，其中施加电场和磁场来限制住反粒子——比如，正电子或反质子，形成一个环形的束流”。 一般认为“经过长期的物质与反物质的湮灭之后，剩下的残余部分才形成了今天的物质宇宙。而湮灭的结果就是之后140亿年中遍布宇宙的电磁辐射和“微波本底辐射”。坏女巫死了，物质获胜了；在物质和反物质这两种势均力敌的无限之中，物质的无限更大。” 这些听起来都很玄乎吧？ “湮灭的结果可能是一束射线，也许是伽马射线，从湮灭处以光速向外发射，而反物质的威胁就此解除了。这就是为什么没有反物质存留——至少我们周围没有——的原因：所有的反物质都被摧毁了，获胜的是物质一方。” 为什么？哲学家说“物质胜精神？”😄😄😄 此类故事的确很八卦！并且作者认为“反物质不仅仅只存在于科幻界，它真实存在，而且似乎军方确实在研发反物质武器。” 另外，自然有人关心反物质会撞上地球吗？它因此被用来解释人类几次非常奇怪，并且难被科学解释大事件，例如，俄国通古斯大爆炸。“通过分析爆炸得到的初步证据以及爆炸区域物质的神奇消失现象，和一种假设非常一致：罪魁祸首是一个反物质，其形态大约是1米见方的一块反岩石，它摧毁了包括原子核在内的一些东西。” 这些当然依然是推理。 本书还解释大批科普概论性质之类东东，例如，光谱和量子电子，自旋的电子及正的电子，更多反粒子，夸克和反夸克，还有，例如， E代表爱因斯坦，并且E=mc2，量子力学方程 ，薛定谔方程，潘宁陷阱，正负电子对撞机，镜像宇宙，中微子，炫酷的反物质炸弹，特别是“幽灵般的中微子是否符合“左手物质，右手反物质”定律，或者它“同时”是物质和反物质？考虑到中微子及其反粒子并不是真正的确切物体，以上的问题仍然无法回答”等，另外它还包括一些人物介绍，例如，保罗·狄拉克，奥斯卡·克莱因，布莱克特的创造类等，多少对于非专业可能都有些烧脑。不过注意⚠️ 不要和反外星人握手！ 另外，还有些，例如，既非物质亦非反物质东东。例如，“存在物质，比如电子；也存在反物质，比如正电子；而且还有一种东西既非物质也非反物质。这种超越了物的东西，最熟悉的例子莫过于电磁辐射了。所有的电磁辐射，从γ射线、X射线、紫外线到可见光、红外线、无线电波，都含有不同能量的光子。物质和反物质可以相互中和抵消，它们湮灭时会留下光子这种非物的东西；如果环境合适，这个过程也可以反过来，光子会变成一对物质和反物质。”…… 简言之，它介绍多反物质的理论及反物质的实体，还有正电子等像八卦一样故事，但是对于没有物理学背景读者，应该其都是些比较深奥，不易读，它是235 页能够开眼界与心胸，思想超前能够走马观花之响东东。🙂🙂🙂。

非FBI Warning：读此书之前，最好先具备一定的物理学和化学常识，因为哪怕你具备了这些常识都不一定能看懂。 我就是那个看完后还一知半解的。 我得到最大的收获，是对量子力学的部分又有了更深入的了解。

　反物质：真实或者虚幻 我父亲以前常说：“当无坚不摧的矛遇到坚不可摧的盾时会怎样？”当然他并不会把这个问题延伸到宇宙论的高度。就像牛顿并不满足于一个运动定律，贝多芬不止步于一首交响曲，我的父亲也有更多的疑问：“如果一种物质会摧毁所有接触它的东西，那么怎么存储它呢？” 一种东西会首先摧毁它的容器，这种观点有一个重要的蕴含：为什么会禁锢于此？当打破牢狱跨越而出，它就可以肆意吞噬周围一切，人挡杀人佛挡杀佛，更别说渺小的人类了。这个力量实在强大，场景如此恐怖，简直是人类的噩梦。 我此前相信的答案是：他的问题只是科幻小说里的桥段。但是我错了。 无坚不摧的力遇到坚不可摧的体——这是一种无限的概念：当两个无限相比较时，哲学家们对这种悖论也十分恼火，只能说：“我的无限比你的无限更大”。

人类的征途是星辰大海，也是粒子黑洞。《反物质》是一个指引，让人类这个宇宙的精灵开启一个新的冒险去挑战未知的整体，拓展人这个物种的支配能力。 该领域的现状目前仅仅只是萌芽阶段，离应用还遥不可及，是人类文明最富诗意的地方，可以在未来无涯的日子丰富人类的探索之旅，也是人类进化过程中可以实现飞跃的关键部分。 读后感：人类比起可以轻松碾碎人类的宇宙来说，是幸运和高贵的——人类可以知道自己的局限，也可以在曙光之中满怀希望，自知自己的可能与不可能，这比虽然强大又浩瀚的宇宙悲情又高贵。

好看，作者把复杂枯燥的反物质阐述地很意思！可以看出来译者也具有很强的物理基础，至少让我这个物理智障读的津津有味，最让我感兴趣的一句话是：一个反粒子可以看成是一个粒子在时间中逆行。 突然觉得很多科幻大片或奇幻电影中，主角变成一道光或者光化身成人一点也不夸张了，物质可以和能量互相转换，物质可以变成光，光也可以变成物质，不敢想象再过个几百或者几千年的未来世界会是多么精彩！ 在读的过程中，我产生了一个想法，：宇宙中存在很多平行世界，可能是物质的，也可能是反物质的，而我们熟睡中经历的那些光怪陆离的梦境就是不同的“我们”在其他平行世界的人生碎片。不同平行世界之间的建立的链接类似量子纠缠？以上都是我瞎说的，没有任何科学依据～

《反物质》的作者是牛津大学物理学教授弗兰克.克洛斯。本书是一部系统而科学的反物质科普书籍，它以反物质炸弹为切入点，根据科学实验、实例和现象，力求用通俗的语言介绍了人类对反物质逐步深入的研究历程，讲解了反物质如何存在、产生、湮灭、存储、利用和影响，并试图帮助读者区分反物质的相关故事中哪些是真实的，哪些又是科幻。作者告诉我们反物质是什么，它是如何被发现的，人们如何制造它，它会带来哪些和威胁，也评估了反物质作为长途太空旅行燃料以及武器的诸多现实的可能性。 普通的物质随处可见，它们构成宇宙、地球、动植物和你我。物质的反面，同物质的所有方面都一致，只是原子内部深处的一切都是相反的，这就是反物质——物质的对立面。一旦反物质与物质接触，电光火石间就会相互湮灭，并释放出禁锢了数亿年的所有能量，反物质因而被认为是新世纪的一项前沿技术，可作为一种完美的能源。 一、真实或虚幻。80年前，反物质理论被第一次提出。75年前，第一个反物质被发现了，那就是“正电子”。反物质似乎在大爆炸初期就被消灭掉了，反物质摧毁物质的代价是同时摧毁自己。经过长期的物质与反物质的湮灭，残余部分才形成了今天的物质宇宙，湮灭的结果是之后140亿年中遍布宇宙的电磁辐射和“微波本底辐射”。在物质和反物质势均力敌的无限之中，物质的无限更大。 从理论上来说，反物质几乎是一种最好的将物质能量释放出来的方法。原子内部的能量大部分储存在原子核中，想要释放所有能量，只能通过逆转亿万年能量凝聚成物质的过程，将物质再变成能量，反物质可以做到这一切。有人还认为通古斯大爆炸是外星反物质碰撞地球的范例，但作者并不这么认为，他也不认为反物质会撞上地球。 现代科学家已经成功地制造出了少量的反物质。最简单的反物质是正电子——电子在反世界里的镜像。如电子极有可能是世界中原子内的基本组分一样，正电子也极有可能是反世界中的反原子内的基本组分。一些元素的原子核被称为“正电子源”，其原子内部并没有预存正电子，而是释放出来的能量创造出了正电子。正电子从原子内飞出，遇到电子后就会一起消失，一闪成伽马射线。我们看不见伽马射线，但仪器可以，它被应用并制造成了医学PET扫描仪——正电子发射断层成像（PET）。太阳内部也在不停地制造正电子，随即湮灭。一个电子发生湮灭释放的能量，相当于10亿个原子发生化学爆炸时产生的能量，所以，正电子能量转化可以成为一种革命性能源。 二、物质的世界。描述原子行为的法则称为“量子力学”，它可以预言出某个特定原子进行某种行为的概率。量子力学的基本定律也适用于单个原子，并不能准确预言单个原子受到碰撞时会发生什么情况，但是当数百万的原子参与进来时，牛顿确定性定律就会从潜在的量子准则里浮现出来。 量子力学中，可能性代替了确定性，可能性上下浮动。这个观点的首个成就，就是解释了为什么原子得以幸存。这个观点首个成就就是解释了为什么原子得以幸存。 原子光谱现象解释了不同元素的色彩不同，是因为原子内部电子的量子跃迁。光子能量的不连续性（离散化）在眼睛看来就是不同的颜色。 “塞曼效应”揭示了电子会像一块微型磁铁一样自身拥有南北磁极，这使得电子具有一种能够自身旋转的特性，被称为“自旋”。为了解释这个特性，狄拉克结合了相对论和量子力学。爱因斯坦首次发现了能量的实质，得出结论：物质是禁锢的能量。当能量凝聚成物质粒子时，它会产生一个负的烙印，这就是反物质。而狄拉克首先发现了这个真理。 三、石碑。只要知道粒子的能量、质量和动量之间的关系，量子方程就能计算出任何时间点将会发生的事情。是的，问题的关键就是确定关系。 通过使用矩阵，狄拉克成功将一个物体的总能量表示为其静止能量和运动能量之和，与爱因斯坦的相对论完全一致， 矩阵还可以描述物体旋转时的状态。 所有原子内的电子都是相同的。不同元素的原子的差别在于围绕中心原子核运行的电子数量不同。电子力学将电子束缚在了几个特殊的轨道或者“量子态”上。两个具有某些相同性质的电子不能同时处于相同能态上。 当意识到自己的方程意味着电子可以具有负能量，狄拉克引入了不相容原理，并以此为基础提出了一个新的观点，他认为所谓的真空并不是空的，而是像个无底洞。如果所有负能级都被占满了，那么电子就不能再掉进这个负能量井中，所以物质得以保持稳定。如果负状态为空，同时正状态为满，就会导致一个正能量电子，同时这个“洞”就实际上成了一个正能量的正电子。要产生这种情况，首先要向真空中注入足够的能量。而光子可以提供这些能量，使光子转化成一个电子和一个正电子。比如伽马射线就可以将一个电子从负能态轰击到正能态上去，同时产生一个正能量电子和真空内的一个空洞。 1931年9月，狄拉克公布了他的结论，这种空洞是“一种新粒子，实验物理的未知地，与电子电荷相等且质量相同。我们可以称之为反电子”。他预言每种粒子都存在一种反粒子的配对。这个理论在当今已被视为一个基本真理，是人类对广阔宇宙图画中深奥对称的一瞥。 四、宇宙新发现。 1923年，科学家斯科贝尔金在列宁格勒使用云室来研究伽马射线，他观察到了一种异常的拖尾现象。事实上，他是第一个看到宇宙射线本身轨迹的人。之后，美国物理学家罗伯特·米利肯创造了名词“宇宙射线”，并且认为宇宙射线就是伽马射线。他的学生安德森后来发现宇宙射线中同时含有带正负电荷的粒子，两者数量相当。 1932年，人们在宇宙射线中发现了正电子，布莱克特和哈里利的结论是：宇宙射线与电离室中的原子相碰，产生了正电子，他们首次证实了辐射可以创造出物质，当然还有反物质；证明了安德森的新粒子并非来自于外星球的入侵者。 后来科学家才发现，地球上也在时刻产生着——某些放射过程就会产生正电子，这在医学和科技领域得到了广泛应用，包括碳-11，氮-13和氧-15等。 正电子是反物质的源种，太阳聚变将4个质子融合成了一个氦原子核，放出两个正电子和两个中微子。正电子湮灭放出光子。大约10%的可见光来自于正电子湮灭。 五、湮灭。物质和反物质可以相互中和抵消，它们湮灭时会留下光子这种非物质的东西；如果环境合适，这个过程也可以反过来，光子会变成一对物质和反物质。 目前知道的非物粒子已经超过了100种，光子是其中一种，这些非物粒子被称为“玻色子”。与之相对应，实物粒子是物质或反物质的基本部分，被称为“费米子”。费米子的行为可用狄拉克方程描述，但玻色子遵循另外的准则。现代“量子场论”认为，所有的力都是由玻色子传递的。光子传递了电磁力，类似地，“引力子”被认为传递了引力。 所有这些传递力的媒介都是非物的，既不是物质也不是反物质，它们都是“玻色子”，作用于物质或反物质粒子上，同时也可以将自身转化成物的这两种对称的不同形态，而这两种形态都是“费米子”。玻色子可以来去自由，而费米子最终只能衰变成最稳定的形态，即电子以及质子、中子的排列，此时它们濒临边缘——容易变成它们的反物质镜像。 狄拉克方程最初的目的是解释电子，而方程暗示质子和中子也具有反物质配对——反质子和反中子。正电子被发现之后，人们开始尝试验证反氢原子的另一个部分的存在——反质子。当能量转化成质量粒子时，总是成对出现的——一对粒子和反粒子，所以质子加速器的设计能量指标足以同时产生一个质子和一个反质子，但实现起来非常困难，反质子非常罕见，更多的时候产生的都是更轻的粒子。 后来又发现了物质的一个更深的层次——“夸克”以及反物质内的“反夸克”，在宇宙射线和加速器中发现的很多粒子都是由一个夸克和一个反夸克构成的，比如，介子和“奇”K中介子。 目前已经可以通过实验观察到质子与反质子相遇时的状况，湮灭过程并不是瞬间完成的，相互进入并最终结合之前，一对质子和反质子会跳一支舞。最初的旋转轨道很大，旋转过程中反质子会丧失能量，旋转轨道也慢慢变小，并不断地放出伽马射线。 六、储存反物质。理论上，制造一个比外太空更加空旷的真空，其中施加电场和磁场来限制住反粒子，就可以储存反物质。只要周围的电磁铁能够一直保证它们不碰到真空管的管壁，同时又没有与真空管中残留的气体原子相遇，它们就会一直存在。目前，科学家们建立了越来越大的储存环，其中储存的电子和正电子能量也越来越高。 “潘宁陷阱”之后，欧洲核子研究中心的科学家和工程师团队最终建起了一个慢化反质子的储存环，被称为“低能反质子环”，简称LEAR。技术关键是：首先必须创造出高于太阳中心的温度，用于产生反质子；接着为了将其储存在潘宁陷阱中，又必须把温度冷却到低于外太空，真空度高于月球表面。利用禁锢的反质子进行的另一项研究是关于是否存在反重力的，但目前仍不知在重力作用下反物质是会落下还是上升。 低能反质子环内部循环的反质子偶尔会接近重元素的原子核。相互擦肩而过的两个反质子足够接近时，会产生一对正负电子对，有极小的概率，反质子和正电子会包裹起来形成一个反氢原子。 升级后的装置叫“反质子减速器”，使用了低能反质子环之前采用的真空机制，这是地球上现有最好的反物质工厂。 “大型正负电子对撞机”在瑞士和法国的边界上，距地面50米以下，有一条与伦敦地铁环线长度相当的隧道，其中的磁铁操控着电子束和正电子束，以完成各种实验。首先使用电子束轰击钨靶，碰撞能量会产生一些正电子和次级电子，并不断将正电子保存在储存环中，收集到足够的正电子后，它们被传输给一系列的加速器进行加速，当它们拥有足够能量后，就被注入正负电子对撞机的主环中。通过观察构成粒子和反粒子的基本元素是如何从这个模拟的“微型爆炸”中产生的，人们能知道早期的宇宙大爆炸中能量是如何首先转化成实物的。 经过10年实验，正负电子对撞机发现了宇宙产生仅十亿分之一秒时物质是如何被创造出来的。“微型爆炸”中产生了粒子和反粒子，如电子和正电子，夸克和反夸克。 七、镜像宇宙。斯达克伯格是提出反粒子可以看成时间逆行粒子观点的第一人。时间是一种幻觉，牵扯有施加在大量的原子上的概率论，通常当感觉到有序变为无序时就会直观地觉得时间流逝了。如果能将时间倒流，会看到行星在轨道上绕着太阳逆行回到过去，而这个景象完全等同于在镜子中看通常的行星运行。 微观物体中包含有大量的原子，所以时间的方向准确无疑，但对于原子中单独的基本粒子而言，时间却丢失了方向。正电子在正负电子对撞机中逆时针循环而形成的电流，等同于在时间逆向画面中观看顺时针循环的电子形成的电流，所以，某种角度看来，正电子就像在时间逆行的电子。 三代夸克交织在宇宙中的存在使得物质和反物质能够产生不对称，给我们提供了一种方法测试遥远的星系是由物质还是反物质构成的。物质和反物质间存在不对称，虽然微小，但确实存在且可测量：通过一种电中性K介子的行为——当K介子衰变时，会产生一个既非正电亦非负电的介子，同时还有一个单独的电子或者正电子。如果物质和反物质完美对立，两种衰变也应该精确匹配，衰变的概率应相同。但实际上，它们存在轻微差异。 在衰变过程中产生的两种对称的轻质粒子，出现概率较大的如果和外星人在外星球普通原子中发现的相同，外星球就是反物质的；如果相反，外星球就是物质的。 八、万事万物如何存在。虽然反氢原子是现在研究最透彻的“反”物质簇团，但很多理论和实验都表明所有的原子元素都能以“反”形式存在。用于解释物质原子稳定性的量子力学定律，同样适用于解释反物质原子稳定性。电荷符号反转，但同性相斥、异性相吸的定律是相同的。 从地球上我们只能看到星光，迄今为止人类还无法分辨这些光是从元素还是反元素中发出的，所以无法通过观察星光分辨出恒星和反恒星。 所有迹象表明，发现的反物质都来自于普通物质之间碰撞产生的刹那焰火，比如宇宙射线与大气间的碰撞。我们周围数亿光年范围之内的所有东西都是由物质构成的，但还有很多未被探索的宇宙空间，也许在那里反物质才是主宰。科学家推论认为，宇宙产生后马上就发生了一次大湮灭，而现在的物质宇宙是来自于100亿中存活下来的那一个质子，是的，今天所有的一切，都是某个庞然大物消失后剩下的一丝残片。 中微子是宇宙中最普遍存在的粒子之一，也是最难发现的粒子之一，它不带电，质量极小，一个电子的质量应该至少相当于一万个中微子。它没有内部结构，是一种鬼魅一般的带自旋的虚无体，以接近光速的速度在宇宙中穿行。自旋是其唯一特性。某些形式的辐射产生了中微子，当原子核内部的质子转换成中子，变化的能量会物质化生成一个正电子和一个中微子。过去15年间最顶尖的实验中，发现中微子只进行左自旋，而反中微子只进行右自旋。一种靠谱理论认为，除了已知的轻质中微子，还存在一些未被发现的重质的马约拉纳中微子，被人们称为“马约量子”。 大湮灭将反物质以及对应量的物质完全摧毁，只留下一道闪光。马约量子的后代形成了一个不均衡的宇宙，使得少量夸克保留了下来，反夸克全部消失。幸存者冷却并形成了由物质主宰的宇宙，其中质子保持稳定，物质按我们所了解的方式存在着。这是当今对于物质和反物质不对称来源的最好解释。 九、揭秘。 化学反应只能将物质内部能量的十亿分之一释放出来，核反应最大则可以释放出百分之一，而原则上，反物质可将将整个物质内部的能量全部释放。但想使用反物质，就得一个粒子一个粒子地制造，过程漫长而低效，结果导致制造反物质所需要的能量比之后湮灭时放出的能量要多。 自1955年首次发现反质子以来，欧洲核子研究中心的低能反质子环及费米实验室相似的装置中总共产生的反物质的量还不足百万分之一克。现在人类最多能储存100万个反质子，这个数目听起来很大，但实际上只有10的18次方分之一克。 所以，根本就没什么反物质武器。但美国空军依然希望开发反物质能源和武器。 丹布朗某本书中将反物质描述为完美的能源，不会产生任何污染或者辐射，但这只是幻想。反质子减速器可算反物质科学和反氢制造水平上的一个主要的里程碑，可如果想产生出工业级的反物质的量，反质子减速器的作用还微不足道。 本书语言生动且优美，且尽力将晦涩难懂的物理学知识以通俗易懂的语言讲出，让人在增长知识的同时得到愉悦的享受。不可否认的是，虽然反物质及其湮灭有很大的力量，但人类的科技水平仍然不足以运用这种力量，不过谁又能说这不是一件好事呢？ 只是好奇如我，依然想亲眼见一见反物质和物质之间的完美碰撞将会发出如何耀眼的光芒。不知有生之年，是否可以满足这个愿望。

对于阿拉这个物理小白来讲，本书就是在给反物质技术的辟谣，简单来说现在反物质很难制造，制造起来也很耗能量，而且储存技术现今都没有啥大的进展，故要靠反物质推动航天飞船去火星或者制造武器啥的那都只是科幻小说里的情节，故别杞人忧天地担心反物质炸弹毁灭世界啦。 至于书中各种物理概念，公式啥的嘛，阿拉只能吐槽句：猫了个咪的，真是不明觉厉。