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第五章 神奇的武器（第2页）

要知道什么是反物质，首先需要知道什么是物质。说起来，物质应该是我们最熟悉的东西了，我们所能接触或者想象的一切物体都是由物质构成的。但是“物质是什么”，却一直是一个最简单又最复杂的问题，哲学家们激烈争论了数千年也没有达成统一意见。唯物主义哲学上的物质，是“在人类的意识之外，独立存在又能为人的意识所反映的客观实在”。而自然科学要回答物质是什么，不仅仅需要思考和辩论，更需要计算与实证——首先暴力拆解，把物质一层一层剥开，亲眼看看里面到底是什么。随着科学观测手段和破坏能力的提升，物质和物质的结构在人类的眼中变得越来越清晰和有趣起来。

宇宙中只有原子和空间，剩下的都是思想。——德谟克利特

第一个提出原子是构成物质的基本元素的人，是公元前400多年前的古希腊学者德谟克利特。他说，“宇宙中只有原子和空间，剩下的都是思想”，他还认为原子就是物质最小的组成部分，所以原子是不可分割的。之后的两千多年，人类在研究实在的物质方面并没有太多的进展。直到17世纪，英国科学家罗伯特·胡克在用显微镜看到了植物的细胞之后，研究者们又用了数百年的时间，经过大量的观测、实验才找到了和德谟克利特所说的相对应的最小的物质结构——原子。在普通的一滴水珠中，包含了大约5亿亿个原子，可见原子是多么小。

当然，对物质的追问并不会止步于此。20世纪初，物理学家们开始对原子进行拷打。一开始只是电击，一个叫汤姆逊的科学家让一束电流穿过玻璃管里密封的气体，从原子中激发出了一种从来没有见过的、带有负电的粒子——电子。因为整个气体是不带电的，所以很明显，原子中应该还有其他带正电的物质。基于这个推测，汤姆逊提出了原子结构的“蓝莓松糕模型”，他认为，电子就像蓝莓一样，镶嵌在一团带正电的松糕上。

不久之后，来了一个更狠的人——卢瑟福，他用一种放射性的射线——α粒子去攻击金箔。α粒子其实就是氦元素的原子核，包含两个质子和两个中子，铀238衰变为钍234就会释放出α粒子。这种粒子本来应该很容易穿过金箔，就像用子弹去打一张薄纸一样。但是和想象相反，一部分粒子被直直地反弹了回来。汤姆逊的那个松松软软的“蓝莓松糕模型”无法解释这种现象，于是卢瑟福猜测：金原子中应该有一种质量比较大的硬核，才能抵挡住α粒子的攻击。1918年，卢瑟福进一步确认了独立于电子的原子核确实存在，并且发现原子核并不是一个整体，而是由一个个带正电的质子聚在一起而组成的。不同数量的质子和电子组合在一起，就构成了不同的化学元素。被太阳和人类无情碾压一次又一次的氢原子宝宝，就是所有元素中最弱小的那一个。氢原子家族中最小的伙伴，只有一个质子和一个电子。

榨干了氢原子之后，科学家们继续攻击其他物质。经过一系列的“花式砸蛋”，到了20世纪30年代，他们终于用一种新发现的射线，从石蜡的原子核里砸出了新的东西——一种不带电的，和质子一样大的粒子。原子中已经有了带正电的质子和带负电的电子，这位既不带正电也不带负电的同学就叫中子吧。

这个时候新的问题出现了。既然有带正电的质子和带负电的电子，为什么不能有带负电的质子和带正电的电子呢？理论上来说可以有，实际上也真的有。第一个发现这个秘密的，是数学。20世纪20年代，英国物理学家狄拉克建立了电子在高速运动下的方程式——狄拉克方程。根据这个方程式得出的结果，电子的能量可以为正，也可以为负。就像x2=4这个方程，它的解可以是2，也可以是-2一样。

可是，能量最多只能为零，负能量怎么可能存在呢？这是完全不符合物理规律的。为了让负能量变得合理，狄拉克创造性地提出了一种假设：如果电子所带的电荷是正的，那么方程式算出的能量就是负能量。就像在自然界中并不存在负数（比如你永远不可能数出负十个手指头来），但数学上可以有负数这种表达一样。有了带正电的电子，能量就可以有负号。不仅仅是电子，其他所有粒子理论上都可能存在所带电荷与之相反的粒子，而这些镜像的粒子就是反物质。

不久之后，物理学家果然在射入地球大气层的宇宙射线中，发现了带有正电的电子，又在实验室创造出来的高能环境中，成功抓到了反质子和反中子。于是，人类终于确认了反物质不仅仅是理论上的假设，而且是实实在在存在于我们这个宇宙中的东西。

质子和电子带电，所以有反物质，中子不带电，怎么也会有反中子呢？其实，不仅仅是带的电荷相反，反物质和正物质在其他微观层面上表现出来的很多特性都是相反的。比如中子与反中子虽然都不带电，但是它们的自旋方向是相反的。

对科学的寻找和追问永远不会停止，后来，物理学家们又发现，质子、中子也不是最小的粒子，它们都是由更小的夸克组成的。对物质的认识越深入，就越觉得它们是如此奇妙和难以理解。就连伟大的科学家爱因斯坦都感叹：“物质、时间和空间是人们认知的错觉。”

3。为什么反物质炸弹比核弹还厉害？

太空舰队在需要正面对抗迎面而来的小行星带时，反物质炸弹是他们祭出的终极武器。为什么反物质炸弹的威力会远远高于热核炸弹呢？

反物质最可怕的性质是，当它们和正物质在一起时，哪怕仅仅只是轻轻相碰，也会在一瞬间双双灰飞烟灭，并爆发出巨大的能量，物理学上把这个过程叫作“湮灭”。核弹，不管是核裂变还是核聚变，释放的能量仅仅是原子核在分裂或者聚合在一起的时候，丢失的一丁点质量转换而来的。而正反物质碰撞，两种物质会完全消失，质量全部转换成能量，以光和热等形式爆发出来。所以，反物质几乎不需要任何处理，它本身就是一枚宇宙级别的超级武器，能量等级是核弹等人类制造出来的其他炸弹完全不能比拟的。

在杰克·威廉森的科幻小说《反物质飞船》（又名《CT飞船》）中，谁掌握了控制反物质的方法，谁就可以在宇宙中掌控一切，为所欲为。但是，控制反物质会碰到与控制核聚变反应一样的问题——能够毁灭一切的物质，用什么东西来装才安全呢？小说中，这种装置叫作“CT底盘”，为了得到它，包括传统反派星际公司在内的各路人马展开了激烈的角逐。在追踪线索的过程中，开挂的主角遇到了鬼魂一样的强大对手，最后才发现，“鬼魂”竟然是来自反物质宇宙的自己。

所以，如果需要强行鸡汤一下的话——能对你产生最大影响的，其实是反方向的你自己？

4。反物质宇宙在哪儿？

根据大爆炸理论，宇宙产生于138亿多年前的密度无限大、空间无限小的“奇点”。奇点爆炸，把它拥有的能量转化为了物质和反物质。

按照对称性原理，爆炸产生的正物质和反物质应该有相同的质量。这很容易理解，一公斤的正物质，只会湮灭掉同样重量的反物质并释放出能量，反过来应该也一样。所以，随着宇宙不停膨胀，大爆炸产生的正反物质不断相遇，然后湮灭，我们现在的宇宙中，剩余的正物质和反物质应该是一样多的。但是实际上，我们在宇宙中观测到的物质几乎都是正物质，也几乎没有看到过正反物质的湮灭，这是为什么呢？人类被这个问题苦苦困扰着，直到物理学家们陆续发现了弱相互作用下的CP不守恒，才慢慢解开了一部分的谜题。

什么是“CP不守恒”呢？“C”指的是电荷，“P”指的是宇称。根据物理学原理，一个粒子与它的反粒子应该是互相对称的，就像人和镜子里面的镜像一样，你的左手就是镜子里面那个你的右手，这种对称就叫作“宇称”。而粒子和反粒子的运动规律和行为模式也应该是一样的：你往右走，镜子里的你就会以同样的姿势往左走同样的距离；电荷也是同样的道理，把一个粒子所带的电荷从正的变成负的，或者负的变成正的，它的运动规律也应该保持不变，这就是“守恒”。

“守恒”似乎是一件天经地义的事情，但是，科学家们在中微子振**实验中发现，不仅仅是互为镜像的粒子，同一种粒子在同样条件下表现出来的行为并不都是完全一样的，它们之间存在着一些微小的差别。正是由于这种微弱但又广泛存在的不对称，才让正物质和反物质在大爆炸之后没有全部湮灭掉，留下足够多的正物质，来构成我们现在这个宇宙。