瞬間打開的眼界

　　2010年11月17日，歐洲核子研究中心通過大型強子對撞機，制造并短暫捕捉到了“反物質”原子，在制造出的數以千計的反氫原子中，成功地使其中的38個存在了大約0.17秒。這個時間在普通人看來曇花一現，但對科學家來說，已足夠他們進行較為深入的觀察和研究了。
　　1908年6月30日凌晨，俄羅斯西伯利亞通古斯地區的森林里，一聲巨響震耳欲聾，巨大的蘑菇云騰空而起，天空出現了強烈的白光，氣溫瞬間攀升，灼熱烤人，草木燒焦，附近居民驚恐萬狀。這一爆炸波及到多個國家，西歐國家的人們在夜空中看到了白晝般的閃光，英國倫敦的很多自熾燈驟然熄滅，遠在大洋彼岸的美國也感覺到了大地的顫動……
　　據估計，此次爆炸相當于1000枚原子彈的威力，數百平方公里內的城鎮和森林在爆炸中毀滅。究竟是什么“秘密武器”使通古斯大爆炸的威力如此強大?這一度成為科學界的“世紀之謎”，令科學界大惑不解，眾說紛紜。
　　直到1986年，在科學界的“反物質”研究有了突破性進展后，才有學者提出大爆炸可能系由“反物質”引起這一迄今為止較為可信的觀點。那么“反物質”究竟是何方神圣，竟有如此魔力?科學家們正在不斷探索，試圖揭開“反物質”的神秘面紗。那么，“反物質”真的存在嗎?人們能認識“反物質”嗎?答案應該是肯定的。
　　
　　什么是反物質?
　　
　　自然界姿態萬千、異彩紛呈：高聳的樓宇，廣袤的原野，潺潺的流水，神秘的星辰……它們構成了宇宙萬物，雖然形態迥異，但都由物質構成。質子、中子和電子是構成紛繁復雜的物質世界的基本粒子。當科學家們深入基本粒子領域尋根究底時，一種新的物質隱約在他們眼前晃動，這就是“反物質”。
　　像質子、中子、電子結合起來形成原子一樣(見右圖：碳原子結構圖)，反質子、反中子和反電子結合起來就形成了反原子。由反原子構成的物質就是“反物質”。
　　“反物質”和普通物質其實并無二致。不同的是，組成“反物質”的粒子與組成普通物質的粒子在電荷等方面相反。例如質子質量為1個單位，電荷為+1個單位，反質子質量為1個單位，電荷為-1個單位：又如，電子質量與反電子質量相同，但電子電荷為1個單位，而反電子電荷則為+1個單位，因此也有人把反電子叫做“正電子”。
　　科學家推測，反質子和反中子結合在一起，能組成帶負電的反原子核，反原子核和反電子結合在一起能組成反原子。物質世界有多少種原子，“反物質”世界中就有多少種反原子。由此延伸下去，宇宙也有其對應的反宇宙，在反宇宙里有反星系、反恒星、反地球、反房子、反食物、反衣服，一直“反”下去，直到反基本粒子。
　　但蹊蹺的是，“反物質”一旦同現實世界中的“正物質”接觸，便會在瞬間發生爆炸，與此同時，物質和“反物質”也變為光子或介子，釋放出巨大能量，產生“湮滅”現象。雖然現行理論認為，宇宙從大爆炸中誕生時，同時產生了等量的正物質和“反物質”，但現在宇宙已經存在了150億年，科學家很難在宇宙中找到“反物質”。尋找和研究“反物質”因而成為了物理學研究領域的熱點和難點。
　　
　　“反物質”的發現歷程
　　
　　“反物質”概念是英國物理學家保羅·狄拉克最早提出的。他在20世紀30年代預言，每一種粒子都應該有一個與之相對的反粒子，例如反電子，其質量與電子完全相同，而攜帶的電荷正好相反。后來，他因此理論獲得1933年的諾貝爾物理學獎。
　　1932年，美國科學家安德森發現了一種特殊的粒子，它的質量和帶電量同電子一樣，只是它帶的是正電，而電子帶的是負電。正電子的發現引起了科學界的震驚和轟動，但由此產生了一個新的問題——正電子的發現究竟具有偶然性，還是具有普遍性呢?如果具有普遍性，那么其它粒子是不是都具有反粒子?
　　于是，科學家們在探索微觀世界的研究中又增加了一個尋找的目標。1955年，在美國的實驗室中，反質子首先被找到，隨后，又發現了反中子。上世紀60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被科學家們找到了。一個“反物質”的世界漸漸被科學家如考古般地“挖掘”了出來。總體來說，“反物質”研究的進展稍顯緩慢，原因是花費過于昂貴，用粒子加速器生產一千億分之一克的“反物質”，需要耗資近60億美元!而且“反物質”極不穩定，它可以把接觸到的任何物質化為灰燼-…連空氣也不能幸免。
　　1995年，歐洲核子研究中心首次制造出了9個反氫原子。但實驗室中造出來的反氫原子稍縱即逝，科學家無從研究它的真面目。直到2010年11月17日，歐洲核子研究-中心通過大型強子對撞機，制造并短暫捕捉到了“反物質”原子，在制造出的數以千計的反氫原子中，成功地使其中的38個存在了大約0.17秒。這個時間在普通人看來縣花一現，但對科學家來說，已足夠他們進行較為深入的觀察和研究了。科學界為此歡欣鼓舞，認為這是物理學領域的一次突破，距離“反物質”的“真相”又“近了一步”。
　　“反物質”說雖然只是科學上的一種假說，有待進一步證實，但反粒子等“負性物質”是確實存在的，不但如此，現在又發現了反氘、反氫、反氦等一系列“反物質”。相信隨著科學技術的不斷發展和科學研究的不斷深入，人們對“反物質”作用的認識一定會越來越深刻。
　　
　　反物質的應用：天使抑或巨魔
　　
　　“反物質”是人類目前所知威力最大的能量源。“反物質”不造成污染，也不產生輻射，這將會是一場新的能源革命，可以從根本上改變能源的供應模式。它能以100％的效率釋放能量，而威力巨大的核裂變的效率不過是1.5％而已。一小滴“反物質”就可以維持整個紐約城全天的正常運轉。1克“反物質”能釋放相當于4000多萬噸TNT炸藥的能量，足以為23架航天飛機提供動力——比當年美國扔在日本廣島的原子彈的威力強2000倍。跟這種完全的能量釋放相比，核裂變就像劃燃一根火柴一樣微不足道。舉個最簡單的例子，如果想把人類送上火星，需要千萬噸以上的化學原料，而如果是以“反物質”為燃料的話，僅需要幾十毫克，同時時間也大為縮短。在不少科幻小說中，主人公能在較遠的宇宙中旅行，就是因為飛船運用了“反物質”燃料。
　　目前，科學家們已在嘗試制造以“反物質”為能量、推進劑或爆炸物的“反物質”武器。它可能會具有以下特點其一，威力巨大，但附帶的殺傷效應卻較小，不產生核輻射，也就是說，它擁有氫彈的爆炸威力，卻不造成核污染，是一種“干凈的氫彈”；其二，“反物質”炸彈易于引爆，不像原子彈那樣要求很高的點火溫度，不必達到臨界質量才爆炸，而在特別微小的質量下也能爆炸；其三，殺傷手段與破壞目標更為單一。可只應用爆炸產生的沖擊波、電磁脈沖或是其他殺傷、破壞因素攻擊特定目標。
　　當然，由于“反物質”本身之謎還沒完全解開，要想把“反物質”武器投入戰場，還需要很長時間，目前“反物質”武器還僅存在于科幻小說中，如根據《達芬奇密碼》的姊妹篇《天使與魔鬼》改編而成的同名電影中，藏匿在羅馬的“反物質”炸彈構成了電影的主線。盡管如此，美國空軍己對其可能的軍事用途，包括毀滅性效果產生了濃厚的興趣，冷戰以來，他們—直在資助與“反物質”有關的物理研究。
　　人們常常很難估量重大科學突破的應用前景。一百多年前，由于發現電子而獲得1906年諾貝爾物理學獎的湯姆森，怎么也不會想到他的發現，如今會應用到與人們日常生活息息相關的電視、手機、電腦之中。20世紀60年代，科學家發明激光器時，也不會想到激光居然可以應用到商店貨物上的條形碼、身份證上的防偽標記等。
　　關于科學中新生事物的用處，有這樣一個典故，曾有一位貴婦人詢問電的發現者法拉第：“電有什么用呢?”法拉第巧妙地反問道：“新生嬰兒有什么用呢?”也許在不久的將來，“反物質”會有更為廣泛的用途，帶給我們更多的驚喜。不過，人類要徹底揭開宇宙“反物質”之謎，還有漫長的路要