「你絕不能把反物質帶出來，這樣會把大家都害死！」
在美國懸疑小說家丹·布朗的作品《天使與魔鬼》中，作者借書中人物之口，道明了反物質的危險性。這些從歐洲核子中心（CERN）被古老的科學宗教光照派用盜取的僅有0.25克重反物質，能瞬間毀滅整個梵蒂岡。據布朗的構想，一克的反物質相當於20萬噸核彈的能量，是當年扔到廣島上的「小男孩」原子彈的20多倍。隨著這部小說的熱銷，反物質武器也漸為大眾所知，引發了人們熱議和恐慌。科學與宗教，權力與道德，這些縈繞人類數百年的問題在同具毀滅和重生的力量之前繼續博弈。
物質與反物質示意圖
- 鏡像宇宙 -
那麼，這個能在一瞬間輕而易舉的消滅一座城市甚至一個星球，讓物理學家如臨大敵的反物質，究竟是個什麼玩意兒？
宇宙大爆炸示意圖
首先還要從量子理論說起。眾所周知，我們生存的大千世界從微觀角度看來，皆是由帶正電的質子與中子，和帶負電的電子構成。而反物質，就是指帶有反向特性的物質，如帶有正電的負電子。它像是物質世界的鏡子，映照出相悖的一面。按照宇宙法則，正反物質相撞會導致「湮滅」，並全部化為能量被釋放，而這也成為支持大爆炸宇宙論的證據之一。
反物質理論的提出，讓某些至今未得到解答的謎團又多了一個設想。如1908年發生的將2188平方公裡的森林夷為平地的俄羅斯通古斯大爆炸，其釋放的能量相當於1000萬噸以上TNT炸藥，是廣島原子彈的1000倍。由於一直未找到有說服力的證據，這場爆炸被部分科學家歸於或是由神秘的反物質造成。而行蹤不定，數秒消散，能通過爆炸釋放巨大能量的球形閃電，也被一些科學家認定為是反物質的緣故。
雖然「反物質論」看起來煞有其事，但因正反物質的「湮滅」原理，在這個堅固的正物質世界中，它是一種極難捕捉，稍縱即逝的存在。愛因斯坦雖曾預言過反物質的存在，但他本身並不非常相信。1928年，英國物理學家狄拉克首次系統闡述了反物質理論，他通過著名的相對論方程和量子電動力學方程推導出了反物質的存在，卻一度被眾多科學家們視為瘋子。直到1932年由美國物理學家卡爾·安德森在實驗中證實了正電子的存在。隨後又發現了負質子和自旋方向相反的反中子，「反物質論」才被科學界所認同並重視起來。
《奧特曼》中的安吉瑪塔，反物質怪獸
反物質可釋放伽馬射線，穿透力強，具有高能量
STAR探測器探測到的兩個反質子示意圖
－觸摸「上帝的腳趾」 -
「反物質論」既已被證實，其所蘊含的巨大能量和無限可能便讓無數科學家躍躍欲試。只是反物質如此縹緲，無論是自然捕捉還是人工製造，都需要耗費大量的時間、精力和資金。1997年，美國天文學家在用伽馬射線進行探測時，在銀河系約3500光年的地方發現了一個持續噴射的反物質源，它噴射的反物質形成了一個高達2940光年的「反物質噴泉」。這個發現極大地震驚了物理學界，宇宙中存在大規模的動態的反物質源，讓科學家產生了無限遐想。黑洞中心是否會是反物質的集中營，能否構建出一個反物質的鏡像世界，反物質能否成為穿越時空的能源等設想紛紛提出。
隨後的1998年，麻省理工物理學家丁肇中帶領團隊籌備的阿爾法磁譜儀（AMS）成功試飛，它被用來探測宇宙中的反物質。13年後，以第一代阿爾法磁譜儀為基礎的AMS－02被送往宇宙，開始為期十餘年的反物質探索。由於太陽系中的反物質微乎其微，AMS－02將花費大量的時間前往更遠的星系去搜尋反物質。
第二代阿爾法磁譜儀（AMS－02）結構圖
同自然捕捉反物質相比，人工製造的造價要高得多，因此多國合作便成為一種必然。由34個國家2000多名科學家共同著手，耗資80億元，歷時10年才完成的大型強子對撞機（LHC），是目前最大的粒子加速器。它能夠尋找物質與反物質之間的差異，解釋為什麼在宇宙大爆炸時期，為何只有少數正物質存留下來，形成了現在的宇宙。2010年，歐洲核子中心（CERN）宣布LHC成功製造出了數個反氫原子，並存在了較長時間0.17秒。第二年，CERN讓反氫原子保留時間達到了16分鐘。這次的試驗的大飛躍讓人類觸碰到了「上帝的腳趾」，離宇宙初始之謎的解鎖更近了一步。
大型強子對撞機（LHC）
－科學新紀元 -
儘管「反物質論」初期關注度並不高，卻還是因為其巨大的軍事價值引起了政府的注意。早在上個世紀50年代，蘇聯就在其氫彈之父薩哈羅夫的領導下從事反物質武器的研製工作。2008年，美國物理學家肯尼斯·愛德華茲在五角大樓展示的反物質武器模型震驚世界。他進行了一個名為「反物質特攻－2008」的電腦模擬演習，一名美國士兵將一枚反物質定時炸彈安放到C國總參謀部大樓的公共廁所後離開。炸彈爆炸時，將整座參謀部大樓及其周邊化為灰燼。而這反物質炸彈的重量只有五千萬分之一克。這讓五角大樓的高官不覺感嘆，「幾克重的反物質炸彈就能毀滅地球了！」
反物質炸彈效果圖
但愛德華茲的模型實在言過其實，據科學家推論1克反物質釋放的能量，只等於世界上最大的水電站12個小時發出的能量。可不能否認的是，反物質武器同核武器相比，其高能量，輻射性小的特點，更易為軍事實戰所用。因此，愛德華茲也被稱為是「開啟魔瓶的人」。
或許反物質會成為毀滅世界的魔鬼，但它也可能被視為醫療天使。科學家發現，反物質的質子束照射能夠在不影響其他組織的前提下破壞腫瘤，挽救癌症患者的生命。目前這項技術已經在倉鼠的身上實施，並認定有效。或許幾十年後，在人類身上的應用也不再是幻想。
《星際迷航中》配有反物質武器的光子魚雷
反物質還為我們提供一種可能，便是曾被視為遙不可及的星際旅行。在電影《星際迷航》中，飛船就是利用反物質作為推動能量達到接近光速的前行。據賓夕法尼亞州立大學設計團隊的預測，反物質所含的能量，能讓我們在六個星期內達到火星，遠小於當前的7個月。英國伊卡洛斯星際公司甚至稱，要讓人類在2100年完成真正意義上的星際航行。
賓夕法尼亞州立大學設計的反物質太空船
反物質研究是枚金匙，一旦它走向成熟，無疑會開啟人類科學的新紀元。我們當前所受的時空限制、生命障礙、能源問題都會得到解決，纏繞人類頭上數千年的宇宙之謎也將揭開。儘管美國哈佛大學粒子物理學家弗蘭克•克洛斯認為，人類能夠自由製造並使用的反物質要到數十億年之後。但事實上，人類科學的發展，總是要比想像中的更快些。
圖文參考來源
http://home.cern/topics/antimatter
http://www.ams02.org/
http://www.space.com
https://www.newscientist.com
撰稿 Writer: voikka
圖片 Photo: voikka
編輯 Editor: 王亞華
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