爱华网反物质的发现及意义
张大军
1996年1月4日，对全世界来说是一个不平常的日子。这一天，英国《泰晤士报》首次报道，长期以来科学界一直知道其存在的反物质，现在已经被找到并在实验室中生成。这一消息的公布，不仅在科学界，而且在世界各地引起了巨大的反响，凡是稍有一些科学知识的人，都不由自主地进行着深深的思索。因为反物质的发现，意味着在我们的世界之外，还有一个与它相对应的反世界的存在。那么这个反世界是个什么样子呢?
据报道，反物质这一重大发现是由位于日内瓦的欧洲粒子物理实验室做出来的。科学家们在使用低能反质子环型加速器生成一束疾速消逝的反氢原子时得到的，从而证明了在本世纪初科学界就预言的所谓反物质的真实存在。
欧洲粒子物理实验室的科学家们说，目前发现的反氢物质只有百万分之三十秒的周期，使用低能反质子环型加速器还不能截获和贮存它们。科学家们计划再用几年的时间，用另一种方法形成粒子构成，使其周围减慢，最后将反粒子截获在磁瓶中。1997年4月，在美国弗吉尼亚州威廉斯堡的学术研讨会上，科学家们公布，他们借助美国6年前发射的康普顿伽马射线观测卫星，探测到宇宙中由反物质形成的粒子云，该反物质源像是被煮了那样从银河系中心附近喷发出来，其巨大的粒子束流长达28000万亿公里，正物质与反物质相遇而释放出来的强伽马射线辐射强度为普通光子能量的25万倍。
1929年，杰出的英国物理学家保罗·艾德里安·莫里斯·狄拉克(PaulAdrian MauriceDirac)预言道，和粒子同时存在的有反粒子，当时使物理学界大吃一惊。到了1956年，反粒子的存在已经被确认，反电子(称正电子)和反质子均已被发现。但是由反粒子形成的反物质如-H(反氢原子)，还一直在实验室未找到。这一次欧洲粒子物理实验室的科学家们找到了反物质，同时科学家们又发现宇宙中存在反物质源，从而解决了物理学界长期面临的这一难题。
目前的元素周期表上列有115种普通元素。上述反氢元素的发现，将在元素周期表普通元素的阴影对称部位、即所谓反元素周期系统中增加一种元素—反氢原子(-H)。由此推之，其它114种普通元素也都有相对称的反元素。这些反元素即反物质的存在是毫无疑问的，只不过它们目前还未被人们在实验室中发现，而且其衰变的周期十分快。据此，我们完全可以在门捷列夫的元素周期表的阴影对称部位，列出反元素周期表。
反元素周期表中的原子符号前均加上“-”，以表示它是反物质，原子外层的电子数前均加上“+”，以表示带有和正常电子相反的电荷，但反物质与正常物质却有相同的质量。
如今，科学家们在加速器上可以观察和研究粒子和反粒子相互碰撞时的情况，大量的实验表明，当一个粒子和它的反粒子相遇时就会湮灭，释放出巨大的能量来，这些能量接着又物化为其它粒子。
由于一个粒子和它的反粒子质量完全相同而电荷相反，因此，电子带负电荷，正电子带正电荷。但是不带电荷的中微子的反粒子是什么呢?科学家们指出，带正电荷的π介子有时会衰变成一个正电子和一个中微子；它的反粒子，带负电荷的π介子会衰变成一个电子和一个难以捉摸的粒子，于是就把这种粒子定义为反中微子。可见，反粒子或反物质，是物质世界普遍存在的物质现象，就像可以想象镜子里的世界一样，我们也可以想象一个由反物质构成的世界。
保罗的研究指出，物理定律平等地对待物质与反物质。在电荷共轭变换下，电荷共轭，这里是指参与某一给定物理过程的所有粒子分别用它们的反粒子取代操作。例如，在电荷共轭变换下，两质子的碰撞就变成了两个反质子的碰撞，但并不改变粒子的运动和旋转方式，即左手征的粒子为一个左手征的反粒子所取代。对给定的物理过程施以电荷共轭操作，所得到的所谓电荷共轭过程和它的源过程发生的几率是相同的，就是说，支配这一过程的物理定律是电荷共轭不变的。电荷共轭不变性意味着，物质世界和反物质世界的物质运动规律是一致的。例如，由反电子、反质子和反中子构成的反碳原子(-C)有和碳原子(C)完全一样的化学性质。由反原子构成的含有氨基(-NH2)和羧基(-COOH)的有机化合物氨基酸、蛋白质以至形成的细胞和生命体，有着和由原子构成的含有氨基(-NH2)和羧基(-COOH)的有机化合物氨基酸、蛋白质以至形成的细胞和生命体一样的特性。
关于反物质，史蒂芬·霍金指出：“现在我们知道，任何粒子都有会和它相湮灭的反粒子。(对于携带力的粒子，反粒子即为其自身。)也可能存在由反粒子构成的整个反世界和反人。然而，如果你遇到了反你，注意不要握手!否则，你们俩人都会在一个巨大的闪光中消失殆尽。”[1]
反物质理论的提出及反物质的发现，具有极为重要的意义，可以归纳为以下几点：
(1)这是矛盾对立统一学说的胜利和证明。事实再一次雄辩地向世人宣告，对立统一规律是宇宙间普遍的和根本的规律；事物都是“一分为二”的，同时又是“合二而一”的。从粒子和反粒子来说，它们是既对立、又统一，这是“一分为二”；而当它们相遇又会湮灭并爆发出能量来，又是“合二而一”。粒子和反粒子相遇湮灭后释放出的能量又接着物化为其它粒子，这是矛盾斗争在一定条件下的转化。辩证法中所谓的事物总是向其相反方向的转化，在这里得到了充分的体现。
(2)拓宽和更新了人们关于物质的概念。对于物质，不仅认识到宏观世界、微观世界和超微观世界都是物质的，而且现在认识到它们也都有自身的反物质，反物质也同样是物质。这样，我们人类关于物质的概念，就比原来拓宽了许多，使物质世界的内容更加丰富多彩。
(3)为利用新的能源指出了方向。人类的生存和发展，仅靠开发地球内部的能源是远远不够的，而且地质表层的破坏及造成的有害物质的蔓延，使环境问题变得异常严峻起来。现在就我们的研究来说，至少有两种能源在未来可以开发：一种是超微观世界的虚粒子集合的能量，它是一种能量级别大得无比的能量；另一种就是当粒子和反粒子相互碰撞湮灭时爆发出的巨大的能量。由于这种特性，反物质在未来就有可能成为人类最廉价的能源。显然，从现在的科学技术水平和对未来科技发展的展望，利用反物质这种能源更为现实一些。
(4)对于揭示生命的本质具有很大的启示性。从以上论述的电荷共轭不变的原理可知，物质世界和反物质世界的运动规律是一致的。特别是由反原子构成的氨基酸、蛋白质和细胞乃至生命体，与由原子构成的氨基酸、蛋白质和细胞乃至生命体，有着一样的特性。霍金说：“也可能存在一个由反粒子构成的整个反世界和反人”，这是值得注意的。反人是什么?就是我们自己在镜面里的存在，它和我们自己的心理、外部特征等等完全一样，当然还包括我们身体上的蛋白质和细胞构成，还有我们的大脑及储存的一切有关生命活动的信息等等，也是完全一样的。但是不要忘记，欧洲粒子物理实验室的科学家们找到的反氢物质只有百万分之三十秒的周期，衰变期非常之短。推而广之，其它的115种反元素原子的周期也是非常之短的。这些反元素原子衰变之后是否什么都没有了?我认为不能这样认为。它们只不过是以衰变的形式存在而已，或者说是以“虚”的形式存在着。那么由这些反原子构成的氨基酸、蛋白质和细胞乃至生命体，或者是反人，就只能是在极短的周期中才具有“实”感，随后在瞬间就不再具有“实”感，而是以“虚”的形式存在着。从矛盾的对立统一规律得知，反人的确是存在的。而唯一的解释就只能是反人以“虚”的形式存在着，或者说他是一个包含着“实”人所有的生命信息的“虚”的生命体。这个“虚”的生命体可以离开“实”人而存在于外边什么地方，因为这个部位最为安全，不致于使其和“实”人握手而在“一个巨大的闪光中消失殆尽”。如果说你丢了反你，你这个人就不可能正常生存了。这样讲决不是耸人听闻，而是从矛盾的对立统一法则推导而知的。读者对此该不会有顾虑和有疑问吧!所以，反物质理论的提出及反物质的发现，对于我们进一步揭示生命的本质，也是具有十分重要的意义的。
值得指出的是，我们通常说的看得见、摸得着的物质，仅指阳性物质的正物质（阳+），即门捷列夫元素周期表中罗列的115种元素；上述反物质，指的是阳性物质的正物质（阳+）的反物质，即阳性物质的负物质（阳-），并以衰变的形式存在着。根据宇宙间的普遍规律——对立统一规律可知，还有阴性物质的正物质（阴+）和阴性物质的负物质（阴-），即阴性物质正物质（阴+）的反物质，它同样是以衰落变的形式存在着。这些在以后的文章中都要详细论述。
[1]史蒂芬·霍金：《时间简史—从大爆炸到黑洞》，许明贤、吴忠超译，湖南科学技术出版社，1995年版，第72页。
