“

元氣濛鴻，奇點茲始，啟正感反，是為宇也。然，正反遇，宇則無。

”簡單來說，正常物質有一個“邪惡的雙胞胎”反物質（antimatter），一旦兩者接觸就會湮滅。雖然聽起來像科幻小說，但實際上，反物質是真實存在且非常神秘的“物質”。

那麼反物質究竟是什麼？它在哪裡？為什麼它還沒毀滅宇宙？

什麼是反物質?反物質真的存在嗎?

反物質的發現，要從英國物理學家保羅·狄拉克 （Paul Dirac） 說起。1928年，狄拉克寫下了一個結合量子理論和狹義相對論的方程來描述以相對論速度運動的電子的行為——狄拉克方程。這個理論導致了一個令人驚訝的預測：描述電子的方程，也描述並要求存在另一種質量與電子相同但帶正電荷而不是負電荷的粒子。後來在1932年，美國物理學家安德森採用一個帶有非常強磁鐵的威爾遜雲室來研究宇宙射線，發現了正電子，證實了狄拉克理論中對反物質的非凡預測。

簡單來說，反物質本質上就像普通物質一樣，只是它的粒子帶有相反的電荷。但是這個簡單的區別有一些重大的影響——如果一個粒子和它的反粒子相遇，它們將在能量爆發中相互湮滅。大部分湮滅總能量以電離輻射的形式出現，與碰撞物質和反物質的總質量成正比。

幸運的是，反物質極為罕見。它是在宇宙射線相互作用、颶風和雷暴期間以及作為某些型別的放射性衰變的一部分中自然產生的微量元素——事實上，任何含有鉀-40的東西都會偶爾吐出反物質粒子，包括香蕉，甚至人體（一個體重 80公斤的人的身體每小時釋放180個正電子）。但別擔心，它走不了多遠就會與電子碰撞並再次消失。

當然，反物質本質上並不比普通物質“更糟”——我們只是將它定義為“反”，因為它與我們習慣的物質相反。但是，如果在那裡的某個地方，有由反物質構成的生物生活在反物質行星上，圍繞反物質星系中的反物質恆星執行（順便說一下，這在理論上都是可能的）——它們可能會改變物質和反物質的標籤。

此外，反物質與暗物質可能很容易混淆，但兩者是非常不同的。暗物質被假設散佈在整個宇宙中，雖然有大量證據表明它存在，但它仍然逃避直接檢測。另一方面，反物質極為罕見，但已被科學家在實驗證實。

地球上最貴的物質，每克高達250億美元!

目前科學家（歐洲核子研究中心）已透過反質子減速器 （AD） 製造出反物質。然而，這是一個困難的過程，因為反物質和正常物質相遇的時候就會出現這種碰撞湮滅的情況，並且放出大量的能量。所以產量不高，在長達14年的時間裡，一

共製造的反物質總量不到10納克(1納克等於0.001微克)

。這也使其成為世界上最昂貴的物質，科學家估計

每克的成本高達

250 億美元

。聽起來很多，但這僅適用於正電子。

如果要製造反質子，估計成本約為每克3萬億美元。

可能有人納悶，反物質有什麼用，竟讓科學家費錢費力費時去搞？

實際上，反物質的一個應用我們已經在使用——PET（正電子發射計算機掃描）。原理大概是向人體注入正電子（放射性示蹤化學物質），然後讓正電子和人體裡的電子進行湮滅，釋放出由專門相機捕獲的伽馬射線光子。透過追蹤這些事件，醫生可以重建器官和腫瘤的3D影象。

由於反物質和物質的不相容，所以它們的碰撞會爆發巨大能量，而且它釋放的能量效率是100%、沒有任何殘留。根據愛因斯坦的質能關係式，可以算出

1克的反物質大概相當於4.3萬噸的原子彈爆炸的能量

（核能和它比起來就是個渣渣）。如果能成功開發利用，只需幾十毫克的反物質就足以將一艘宇宙飛船送上火星。

物質、反物質的不對稱!

根據粒子物理學的標準模型，宇宙大爆炸期間應該產生等量的物質和反物質。但如果是這樣，隨著時間的推移，宇宙的全部東西都會透過碰撞而自我毀滅，讓今天的宇宙變得非常空曠。顯然，這並沒有發生。我們肉眼所看到的一切，從沙子到大質量恆星都是由物質構成。那麼所有的反物質發生了什麼？它們去哪裡了呢？

可能在某處。從理論上講，反物質應該能夠像普通物質一樣聚整合恆星、行星和星系（只要周圍沒有普通物質）。這意味著宇宙中可能存在反物質占主導地位的角落，而且它可能沒有你想象的那麼遠。一些科學家認為，反物質恆星可能潛伏在我們自己的星系中，就像普通恆星一樣發光，或許我們可以透過正反物質湮滅產生的伽馬射線暴來識別這些“反恆星”。

不過很快有科學家打破了這個想法，即使宇宙的物質和反物質區域被廣闊的星際空間隔開，沿邊界仍然會發生相當規律的湮滅事件。這將導致尚未觀測到的清晰伽馬射線訊號，從而使可觀測宇宙中不太可能存在以反物質為主的區域。

因此，目前學界主流思路是，在宇宙的早期，某些東西導致了物質與反物質的比例不平衡，最終導致一種比另一種多一點。這意味著今天宇宙中的所有物質只是曾經存在過的物質的一小部分——只有100億分之一，是在一場反物質湮滅的宇宙災難之後留下的。

那麼是什麼導致了這種不平衡呢？有幾個假設。

一種觀點是中微子的存在，由於零的對立面仍然為零，中微子可能是它們自己的反粒子。當早期宇宙經歷轉變時，它們可以將一些反物質轉化為物質。而其他亞原子粒子，像粲介子（charm meson），在實驗室中被發現在物質和反物質之間切換。如果出於某種原因，從反物質到物質的轉變對它們來說比相反更容易，那麼它們可能在宇宙歷史的早期就造成了不平衡。

另一種觀點指向了稱為軸子的假設粒子。據預測，它們非常輕，沒有電荷，以波浪的形式漂浮在宇宙中，很少與其他物質相互作用。它們在早期宇宙中開始振盪，產生的物質比反物質多一小部分。同時它們的存在不僅可以解決物質-反物質不對稱問題，還可以同時解決另外的宇宙難題——它們也是暗物質候選者，它們填補了我們對粒子物理學理解的另一個漏洞—— CP 破壞（CP violation）問題。

最後，因反物質生產和儲存的效率太低，研究反物質困難重重，相信反物質謎團可能會在很長一段時間內繼續困擾科學家。

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