反物质！宇宙的“终极能源”，1克相当于4.3万吨TNT

能源的终极形态：反物质，1克相当于4.3万吨TNT

相信大家都有过沉迷于科幻小说或者科幻电影的经历，里面所描述的科幻世界极大满足了我们对未知世界的幻想需求。不知道大家有没有听说过反物质呢？

许多科幻小说和电影里，都会出现反物质武器一类的高科技武器。而且着致命的杀伤力。其实在我们的客观现实中，反物质是客观真实存在的东西，可谓是宇宙“终极能源”，并且科学家从很早就开始研究了。

首先是科学家瓦尔特，他在1995年的时候带领团队成功制造出了反氢原子。在我们的常识里，大家都知道氢原子的质子带正电，电子带负电，电子围绕质子做周期运动。如果光是这样说你觉得难以理解，那就想象一下科普书上地球围绕太阳旋转的图画描述，相信你就可以理解了。

瓦尔特制造出的反氢原子的结构和氢原子结构是一样的，但和氢原子有所不同的是，反氢原子的质子带负电，围绕质子旋转的电子带正电。也就是说氢原子和反氢原子除了其质子和电子所带的电性以及电子的运动轨迹不一样，其他都是一样的。

其实反物质的概念其实非常好理解，就是和我们常见的物质外表一模一样，只是涉及到的电子质子等粒子的电性和物质相反而已。

而反物质是怎样造出来的呢？需要花费很多成本吗？又是怎样发现的呢？接下来我会一一为大家科普的。

首先反物质的制造工程非常复杂，需要许多大体积的高科技设备，比如大型粒子加速器。因为只有大型粒子加速器的真空环境才能实现电子和正电子的湮灭。湮灭是物理上的一个专业名字，我们可以用爆炸来理解它。

其次反物质的制造还需要相应的配套设备，比如电磁波发射器，以便制造电子和正电子发生湮灭的前提条件；

最后还需要投入相应的科学家和工作人员来共同完成反物质的制造。

那么制造反物质我们需要什么样的成本呢？

我们举个例子：比如要造出一克反物质，除了投入大量的科学家和人力，还需要花费十四年的时间，以及上千亿的美金。而对于人类的发展来说，太不划算了。

尽管制造一克反物，可以为我们带来相当于4.3万吨TNT爆炸带来的能量，但是人类的发展还与其他领域密不可分，比如新能源、航空等领域，是和人们日常生活息息相关的，而这些领域也需要大量投入资金和人力。因此从人类发展的角度来说，为了获得反物质湮灭的能量，而去制造反物质的性价比依然是很低的。

其次反物质是怎么发现的呢？

历史上首先设想出反物质的是鲜为人知的外国科学家舒斯特。只是他没有足够的证据，因此他的设想只能被当作科幻小说刊登在了著名的科学杂志Nature上。但是也是这样，引起了后来科学家们对反物质的注意。

后来真正发现反物质存在的人是英国物理学家狄克拉和美国科学家安德森。

我们先来说一下狄克拉发现反物质的历史故事。

狄克拉发现反物质主要是通过一个物理公式方程发现的。这要从我们初高中的物理教材的电磁学、光速提出人说起。在我们初高中物理课的课堂上，物理老师们都会讲到爱因斯坦的相对论，以及洛伦兹提出的洛伦兹变换。

在相对论的理论中，地球上的物体受地心引力的影响，其速度不能超过光速，因此在在物体的速度计算上，就变得非常麻烦，以至于常常成为科学家们头疼的问题。好在洛伦兹变换理论的出现解决了这个难题。洛伦兹变换就是通过公式变换简化物体速度的计算，在符合相对论的情况下，准确求出物体的速度。

虽然相对论和洛伦兹变换在当时比较先进了，但是在量子力学却不适用，量子力学是不符合爱因斯坦的相对论的。这个时候就出现了薛定谔方程和狄拉克公式来解决这个问题。

但是薛定谔方程方程它只能满足量子力学的非相对论的形式，而狄拉克方程正是基于薛定谔方程的不足之上提出来的。可是狄拉克方程与相对论和洛伦兹变换的神奇之处在于，狄通过求解狄拉克方程发现电子可以带负电！那也就是意味着，有真实反物质的存在。

而在同时代，美国科学家安德森也通过设置磁场、饱和蒸汽室等观察到水蒸气的轨迹的异常，从而发现了负电子的存在。

说了这么多，那反物质在我们的生活中可以用来干嘛呢？除了上述所说的反物质湮灭可以带来的巨大能量，还可以应用在医学领域。比如医疗上常用的和CT结合使用的PET扫描。

通俗来讲，就是正电子发射。通过往患者体内发射正电子，使得正电子与患者内身体的电子进行湮灭产生光，进而探测患者身体的病变程度。因此反物质还是非常有用的。