历史

  反物质

1927年12月，英国物理学家保罗·狄拉克提出了电子的相对论方程，即狄拉克方程。有趣的是，等式中发现除了一般正能量之外的负能量结果。这显示出一个问题，当电子趋向于朝着最低可能的能阶跃迁时；负无限大的能量是毫无意义的。但为了要弥补这条件，狄拉克提出真空状态中是充满了负能量电子的“海”，称作狄拉克之海。任何真实的电子因此会填补这些海中具有正能量的部分。

衍伸这个想法，狄拉克发现海中的这些“洞”则具有正电荷。起初他认为这是质子，但赫尔曼·外尔指出这些洞应该是具有和电子相同的质量。1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子的存在。在此期间，反物质有时也常被称作“反地物质”。虽然狄拉克自己没有使用反物质这个术语，但是后来的科学家将反质子等粒子称呼为反物质。完整的反物质元素周期表由查尔斯·珍妮特（Charles Janet）于1929年完成。

性质

反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。

反物质和物质一旦相遇，就相互吸引、碰撞而100%转化为光并释放出的巨大的能量，这个过程叫做湮灭。湮灭过程会释放出正、反物质中蕴涵的所有静质量能，根据爱因斯坦著名的质能关系式──E=mc²，一种在科学界受到普遍认同的理论认为，宇宙大爆炸早期曾产生了数量相当的物质和反物质，随后发生的物质和反物质的湮灭消耗掉了绝大部分的正、反物质，遗留下的少部分正物质构成了现如今的物质世界。理论上宇宙大爆炸时所产生的粒子与反粒子应该数量相同，但是为什么现今所遗留下来的绝大多数都是正粒子，这即所谓的“正反物质对称性破坏”（对称破缺），虽然在几个粒子对撞试验中，都发现了正粒子与反粒子的衰变略有不同，即所谓的电荷宇称不守恒（CP破坏），但在数量上仍不足以解释为何现今反物质消失的问题，这在粒子物理学上仍是一大未解决的问题。

尽管在人们已经在实验室中制造出了为数众多的反原子，然而目前在自然界中尚没有发现反物质。一种观点认为即使自然界中存在反物质，它也很快会和正物质发生湮灭。

时光倒流

费曼曾经研究狄拉克方程而发现，假如将时间方向逆转同时将电子电荷颠倒，则方程依然成立。即是说，一粒时光顺流的电子，其实等同一粒时光倒流的反电子。因此所谓的反物质，其实就是倒著时间方向的正物质，是为CPT对称。

纵使如此，反物质的运动，并不违反因果律。当电磁波的超前波和延迟波相加时，违反因果律的项次会互相抵消。如果没有了反物质，因果律反而会瓦解。

费曼和他的老师惠勒进一步假设，整个宇宙其实也许只是相同一粒电子在时间轴中从大爆炸到宇宙末日之间来来回回地走动，这也是为何所有电子彼此之间毫无分别。

应用

  想像中用反物质当燃料的反物质火箭（英语：antimatter rocket）

因为物质与反物质的湮灭时质量可完全转换成能量，带来最大的能源效率，且单位产量是核能的千百倍或常规燃料的亿兆倍，所以一直有人研究其作为新能源的可行性，主要用于很难补给燃料的航天用，甚至作为反物质武器。但是由于目前人为制造反物质的方式，是由加速粒子打击固定靶产生反粒子，再减速合成的。此过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量，且生成反物质的速率极低，因此尚不具有经济价值。此外，反物质与物质相遇会发生湮灭，保存上也是一大问题。

延伸阅读

G. Fraser. Antimatter, The Ultimate Mirror. Cambridge University Press. 2000. ISBN 978-0-521-65252-0. 

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