人類的夢(mèng)想是星辰大海，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想，我們就需要強(qiáng)大的能源。就目前來看，離我們最近的強(qiáng)大能源就是核聚變了，需要說明的是，這種能源并不完美，即使以后人類掌握了可控核聚變的技術(shù)，也只能將核燃料的大約0.7%的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成能量。

那還有沒有更強(qiáng)大的能源呢？答案是肯定的，科學(xué)家早已發(fā)現(xiàn)，宇宙中存在著一種特殊的物質(zhì)——反物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠與普通物質(zhì)發(fā)生湮滅，并且將自身的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為能量。

我們可以看到，反物質(zhì)這種能源的效率是核聚變的大約143倍，而由于它的質(zhì)能轉(zhuǎn)換率已經(jīng)到達(dá)極限100%），因此可以說，反物質(zhì)才是宇宙中的完美能源，而核聚變?cè)谒媲熬褪窃?。假如人類未來的宇宙飛船能夠使用反物質(zhì)能源，那進(jìn)行跨越星際的飛行將不再是夢(mèng)想。

相信大家一定會(huì)好奇，為什么反物質(zhì)遇到普通物質(zhì)就會(huì)湮滅，原理是什么呢？我們不妨先來了解一下它是怎么被發(fā)現(xiàn)的。

從古到今，人們一直在苦苦探索我們的世界到底是由什么組成的，起初人們認(rèn)為這種東西是原子，然后人們又發(fā)現(xiàn)了原子并非物質(zhì)的最小單位，再然后人們發(fā)明了粒子對(duì)撞機(jī)，從此擁有了撬開原子核的實(shí)力，經(jīng)過多年的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量的微觀粒子，在對(duì)其進(jìn)行分類之后，于是我們就有了粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型。

科學(xué)家認(rèn)為，我們的世界就是由許許多多的這樣的基本粒子所構(gòu)成，為了研究這些微觀粒子的規(guī)律，量子力學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。在量子力學(xué)中，有一個(gè)基本的方程式——薛定諤方程，利用這個(gè)方程式，人們就可以計(jì)算出微觀系統(tǒng)的具體性質(zhì)，然而這個(gè)方程式并不完美，因?yàn)樗]有考慮相對(duì)論。

想象一下，對(duì)于真空中的兩束方向相反的光線而言，它們的相對(duì)速度會(huì)是多少？根據(jù)常識(shí)來說，我們會(huì)理所當(dāng)然地認(rèn)為，它們的相對(duì)速度是兩倍光速。但事實(shí)并不是這樣，早在1887年，著名的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)就證實(shí)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，那就是對(duì)于一個(gè)觀察者來說，無論他處于哪種參考系，他觀察到的真空中的光速都是不變的。

也就是說，這兩束方向相反的光線的相對(duì)速度依然是光速，這個(gè)現(xiàn)象雖然很反直覺，但卻是真實(shí)存在的。對(duì)此，愛因斯坦在相對(duì)論中指出，物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度并不是簡(jiǎn)單地疊加，而應(yīng)該通過公式 V = （v1 + v2）/（1 + v1v2/c^2）來計(jì)算（注：v1、v2分別代表兩個(gè)物體的速度，c代表光速）。

我們可以看到，利用該公式計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)際情況相符，我們還可以看到，在低速的情況下，將物體的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行簡(jiǎn)單地疊加所得出的結(jié)果，也不會(huì)出現(xiàn)太大的偏差，但在高速的情況下，就必須要考慮相對(duì)論了。

需要指出的是，在微觀世界中，各種基本粒子的速度是相當(dāng)快的，比如說電子在原子內(nèi)部空間運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，其速度常?？蛇_(dá)到每秒數(shù)千公里，而如果電子得到了足夠的能量，它的速度甚至可以達(dá)到光速的99%以上，因此可以說，要計(jì)算出微觀系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就必須得將相對(duì)論也考慮進(jìn)去。

1928年，物理學(xué)家狄拉克在薛定諤方程的基礎(chǔ)上引入了相對(duì)論，提出了著名的狄拉克方程，完美地解決了這個(gè)問題。但新的問題很快就出現(xiàn)了，因?yàn)槿藗冊(cè)诮獾依朔匠痰臅r(shí)候，發(fā)現(xiàn)電子居然可以存在負(fù)能級(jí)。

先簡(jiǎn)單解釋一下，按當(dāng)時(shí)的理論來講，電子可以有多個(gè)能級(jí)，總的來說，當(dāng)電子得到足夠的能量的時(shí)候，它們就會(huì)向高能級(jí)躍遷，而在平常的時(shí)候，它們總是具有從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的趨勢(shì)，通過大量的實(shí)驗(yàn)和研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電子有一個(gè)最低能級(jí)（基態(tài)），當(dāng)電子躍遷最低能級(jí)的時(shí)候，就不可能繼續(xù)向更低的能級(jí)躍遷了。

然而狄拉克方程卻明確表示了電子可以存在負(fù)能級(jí)，這就與相關(guān)理論以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了巨大的矛盾，怎么辦呢？于是狄拉克提出了“狄拉克之?！钡挠^點(diǎn)，他認(rèn)為負(fù)能級(jí)是存在的，只是因?yàn)檎婵罩胁紳M了不可見的處于負(fù)能級(jí)的電子，所以人們觀察不到有電子躍遷到負(fù)能級(jí)（泡利不相容原理）。

那么問題就來了，在“狄拉克之?！崩锾幱谪?fù)能級(jí)的電子得到足夠的能量的時(shí)候，它們就會(huì)向高能級(jí)躍遷，那么當(dāng)它們離開“狄拉克之?！币院?，留下的“空位”又是什么呢？因?yàn)楦鶕?jù)電荷守恒定律，這個(gè)“空位”應(yīng)該是帶正電的（因?yàn)殡娮訋ж?fù)電），所以狄拉克最初的說法是，這個(gè)“空位”是一個(gè)質(zhì)子。

但這種說法根本就講不通，因?yàn)楦鶕?jù)質(zhì)能守恒定律，不管怎么說，這個(gè)“空位”都應(yīng)該是一個(gè)與電子質(zhì)量相同，并且電荷相反的粒子，它根本就不可能是質(zhì)子。對(duì)此狄拉克傷透了腦筋，我的方程式明明是正確的，為什么會(huì)得出如此奇怪的結(jié)果呢？

最后他實(shí)在是無法根據(jù)已有的理論來作出合理的解釋，干脆就大膽地預(yù)言，這個(gè)“空位”其實(shí)是一種我們還沒見過的“反粒子”，我們不妨將它稱為“正電子”，這種“正電子”與電子質(zhì)量相同，但電荷相反。

狄拉克所預(yù)言的正電子其實(shí)就是反物質(zhì)粒子，這可以完美地解釋狄拉克方程所處的困境。根據(jù)他的構(gòu)想，在真空中注入能量，就可以得到一個(gè)電子和一個(gè)反電子，即：“真空 + 能量 = 電子 + 反電子”，需要注意的是，這個(gè)過程是可逆的，也就是“電子 + 反電子 = 真空 + 能量”，這就是“反物質(zhì)遇到普通物質(zhì)就會(huì)湮滅”這種說法最初的原理。

狄拉克的預(yù)言很快就得到了證實(shí)，1932年，物理學(xué)家安德森利用“云室”首次在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子的存在。但由于“狄拉克之海”存在著很多缺陷，因此在該模型提出之后，包括狄拉克在內(nèi)的科學(xué)家們一直試圖從理論上對(duì)其進(jìn)行完善，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了量子場(chǎng)論。

簡(jiǎn)單地講就是，量子場(chǎng)論認(rèn)為所有的粒子都有與其相對(duì)應(yīng)的反粒子，之所以會(huì)有反物質(zhì)，是因?yàn)槟芰靠梢栽谡婵罩小皯{空”生成正反粒子對(duì)，比如說當(dāng)γ光子的能量大于電子靜能兩倍的時(shí)候，就可以在特定的條件下生成一個(gè)電子和一個(gè)正電子，而當(dāng)這它們相遇時(shí)，又會(huì)發(fā)生湮滅并產(chǎn)生2個(gè)或3個(gè)光子。

時(shí)至今日，反中子、反質(zhì)子等反粒子早已得到證實(shí)，科學(xué)家甚至還制造出了真正意義上的反物質(zhì)——反氫原子，但由于反物質(zhì)的制造成本極高、產(chǎn)量極低并且無法長(zhǎng)時(shí)間地保存，因此雖然我們知道反物質(zhì)是宇宙中的完美能源，核聚變?cè)谒媲熬褪窃?，但是在未來的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人類都無法利用到這種完美的能源。

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