」 是 什麼 呢 ？ 它們 被 叫做 粒子 ， 共有 三 種 類型 ， 電子 、 質子 和 中子 （ 正 如 用來 組合 玩具 的 磚 用 不同 顏色 表示 一樣 ） ， 它們 就 是 構成 整 個 物質 世界 的 基本 粒子 。 在 1928年 ， 英國 物理學家 狄拉克 修改 了 愛因斯坦 著名 的 質能 方程式 （ E = m C ） ， 他 認為 愛因斯坦 在 質能 方程式 中 並 沒有 考慮 「 m 」 ， 也就是說 質量 ， 除了 正 的 屬性 外 還 有 負屬性 。 他 的 方程式 （ E =± m C ） 允許 宇宙 中 存在 反 粒子 。 反 粒子 ， 顧名思義 ， 是 一般 粒子 的 鏡像 。 每 種 反 粒子 和 與 它 相應 的 粒子 有 相同 的 質量 ， 但是 電荷 相反 。 但是 ， 在 當時 根本 沒有 人 觀測到 任何 這 種 特殊 的 粒子 ， 因而 很 少 有 人 認真 地 談論 狄拉克 ， 反 物質 的 存在 還 僅僅 被 認為 是 理論 上 的 。 直到 1932年 ， 美國 科學家 安德森 發現 了 一 種 特殊 的 粒子 ， 與 之前 發現 的 電子 相比 ， 其 質量 和 帶 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 36 * 【 第一 章 】 電量 完全 相同 ， 但 它 帶 的 是 正電 ， 而 電子帶 的 是 負電 ， 因此 稱為 正 電子 ， 正 電子 也 就 是 電子 的 反 粒子 。 正 電子 的 發現 ， 毫無 疑問 地 引發 了 科學家 們 新 的 探索 之 旅 。 狄拉克 方程式 適用 於 各 種 粒子 ， 如果 電子 具有 反 粒子 ， 那麼 質子 、 中子 ， 以及 很多 其他 粒子 肯定 也 存在 著 反 粒子 。 1955年 ， 反質子 在 美國 的 一 家 實驗室 中 被 發現 ， 其後 人們 又 發現 了 反中子 。 到 20世紀 60年代 ， 基本 粒子 中 的 反 粒子 差不多 全 被 人們 找到 了 。 所有 這些 反 粒子 如果 能 聚合 在一起 ， 形成 一 種 原子 ， 它 的 性質 與 普通 原子 相反 ， 這些 相反 的 原子 將 構成 「 反 物質 」 。 質子 比 電子 約 重 1800 倍 ， 因而 要 想 生成 一 個 反質子 ， 就 需要 1800 倍 的 能量 。 若要 等待 足以 生成 一 個 反質子 的 能量 出現 ， 就 要 很 長 時間 ， 但是 ， 科學家 不 甘心 束手 等待 。 他們 不斷 建造 更 大 、 更 高 能量 的 粒子 加速器 ， 到 20世紀 50年代 ， 已經 建成 了 能量 高 到 足以 生成 反質子 的 加速器 。 然而 ， 要 想 仔細 地 研究 這 類 反 物質 是 很 困難 的 ， 因為 就 單 個 反 粒子 而言 ， 它們 一旦 生成 後 ， 就 具有 很 高 能量 ， 以 高速 運動 。 另外 ， 在 遠遠 短於 1 秒 的 時間 內 ， 每 個 反 粒子 一定 會 與 其 同 類 的 普通 粒子 相 碰撞 ， 因為 一 個 反 粒子 周圍 的 所有 東西 都 是 由 無數 普通 粒子 組成 的 。 一旦 相碰 ， 反 【 科普 ｅ 世代 】 10 __UNDEF__ Story of Light 物 之 新理 * 37 * 粒子 與 粒子 就 會 壽終正寢 ， 兩 者 同時 消失 並 轉化為 能量 ， 這 被 稱做 「 相互 湮滅 」 。 這樣 便 提出 了 一 個 課題 ： 如何 馴服 反 物質 ； 即 如何 使 反 粒子 減速 ， 並且 使 之 遠離 無數 的 普通 粒子 ， 以 避免 「 滅頂 之 災 」 ， 只有 這樣 ， 科學家 才 能夠 有 機會 去 仔細 地 研究 它們 。 歐洲 的 物理學家 們 似乎 正在 完成 這 一 任務 ， 在 瑞士 日內瓦 建有 目前 世界 上 研究 粒子 的 最 強大 的 設備 。 20世紀 50年代 以後 ， 粒子 加速器 已經 變 得 越來越 強大 ， 而 日內瓦 的 加速器 是 現有 加速器 中 最 強大 的 一 個 ， 它 能夠 產生 數目 巨大 的 反質子 。 科學家 們 想盡 辦法 捕捉 反質子 ， 讓 產生出來 的 反質子 穿過 金屬鈹 ， 大概 有 一半 反質子 與 金屬鈹 中 的 質子 相互 作用 而 消失 ， 剩下 的 一半 與 原子 外圍 的 電子 碰撞 ， 由於 反質子 不 與 電子 發生 相互 作用 ， 所以 在 損失 了 大部分 能量 後 ， 還是 能夠 穿透出來 。 這些 穿透出來 的 反質子 射入 一 個 保持 真空 狀態 的 搜捕器 中 ， 這樣 就 只有 極少 一些 粒子 會 承受 碰撞 而 湮滅 。 搜捕器 還 必須 保持 在 接近 絕對 零 度 的 溫度 ， 這樣 就 進一步 使得 反質子 的 能量 近乎 耗盡 。 另外 ， 搜捕器 內 有 一 磁場 ， 使得 反質子 來回 反跳 而 碰 不 到 器壁 ， 以免 湮滅掉 。 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 38 * 【 第一 章 】 採用 這 種 方法 ， 反質子 可以 存在 達 10 秒 之 久 ， 也許 還 能 更 長 些 。 10 秒 ， 在 日常 生活 中 我們 也 就 眨眨眼 過去 了 ， 而 在 微觀 的 物理 世界 中 ， 已經 足以 讓 科學家 們 把 反質子 「 瞧 」 個 仔細 。 目前 ， 在 實驗室 中 製造 正 電子 、 負質子 等 反 基本 粒子 已 是 輕而易舉 ， 而 將 正 電子 與 負質子 組成 反 原子 還是 十分 困難 ， 因為 將 這 兩 種 粒子 結合 在一起 ， 並且 要 證實 它們 結合成 反 原子 ， 這 項 工作 十分 複雜 ， 因此 科學家 需要 研製 功能 更 強大 的 研究 工具 。 科學 不 是 萬能 的 ， 但 真正 的 科學 總是 可以 帶來 無限 的 可能 。 1995年 歐洲 核子 研究 中心 的 科學家 製成 了 世界 上 第一 批 反 物質 ── 反 氫原子 ， 揭開 了 人類 研製 反 物質 的 新 篇章 。 為了 探索 反 物質 之 謎 ， 科學家 們 除了 在 實驗室 中 製造 反 物質 之外 ， 還 在 自然界 中 尋找 反 物質 ， 研究 反 物質 的 自然 狀態 。 1997年 4月 ， 美國 海軍 研究 實驗室 、 西北 大學 和 加州 大學 伯克利 分校 等 五 個 著名 研究 機構 的 天文學家 宣佈 ， 他們 利用 先進 的 伽馬 射線 探測 衛星 ， 發現 在 銀河系 附近 約 3500 光年 處 有 一 個 不斷 噴射 反 物質 的 反 物 質源 。 它 噴射出 的 反 物質 在 宇宙 中 形成 了 一 個 「 高 」 達 2940 光年 的 「 噴泉 【 科普 ｅ 世代 】 10 __UNDEF__ Story of Light 物 之 新理 * 39 * 」 。 這 是 宇宙 反 物質 研究 領域 的 一 個 重大 突破 。 正反 物質 相遇 可 釋放出 巨大 的 能量 ， 還 會 發射出 比 普通 可見 光 強 25萬 倍 的 伽馬 射線 。 銀河系 反 物質 「 噴泉 」 是 藉著 這 一 間接 證據 發現 的 ， 因而 它 對 深入 研究 反 物質 的 性質 幫助 不 大 。 為了 「 面對面 」 地 研究 反 物質 ， 科學家 想到 了 直接 「 捕捉 」 反 物質 。 在 地面 ， 由於 大氣 干擾 ， 幾乎 不可能 「 捕捉 」