人类的梦想是星辰大海，要实现这个梦想，我们就需要强大的能源。就目前来看，离我们最近的强大能源就是核聚变了，需要说明的是，这种能源并不完美，即使以后人类掌握了可控核聚变的技术，也只能将核燃料的大约0.7%的质量转换成能量。

那还有没有更强大的能源呢？答案是肯定的，科学家早已发现，宇宙中存在着一种特殊的物质——反物质，这种物质能够与普通物质发生湮灭，并且将自身的质量全部转化为能量。

我们可以看到，反物质这种能源的效率是核聚变的大约143倍，而由于它的质能转换率已经到达极限100%），因此可以说，反物质才是宇宙中的完美能源，而核聚变在它面前就是渣渣。假如人类未来的宇宙飞船能够使用反物质能源，那进行跨越星际的飞行将不再是梦想。

相信大家一定会好奇，为什么反物质遇到普通物质就会湮灭，原理是什么呢？我们不妨先来了解一下它是怎么被发现的。

从古到今，人们一直在苦苦探索我们的世界到底是由什么组成的，起初人们认为这种东西是原子，然后人们又发现了原子并非物质的最小单位，再然后人们发明了粒子对撞机，从此拥有了撬开原子核的实力，经过多年的研究，科学家发现了大量的微观粒子，在对其进行分类之后，于是我们就有了粒子物理学的标准模型。

科学家认为，我们的世界就是由许许多多的这样的基本粒子所构成，为了研究这些微观粒子的规律，量子力学应运而生。在量子力学中，有一个基本的方程式——薛定谔方程，利用这个方程式，人们就可以计算出微观系统的具体性质，然而这个方程式并不完美，因为它并没有考虑相对论。

想象一下，对于真空中的两束方向相反的光线而言，它们的相对速度会是多少？根据常识来说，我们会理所当然地认为，它们的相对速度是两倍光速。但事实并不是这样，早在1887年，著名的迈克尔逊-莫雷实验就证实了一个奇怪的现象，那就是对于一个观察者来说，无论他处于哪种参考系，他观察到的真空中的光速都是不变的。

也就是说，这两束方向相反的光线的相对速度依然是光速，这个现象虽然很反直觉，但却是真实存在的。对此，爱因斯坦在相对论中指出，物体的相对运动速度并不是简单地叠加，而应该通过公式 V = （v1 + v2）/（1 + v1v2/c^2）来计算（注：v1、v2分别代表两个物体的速度，c代表光速）。

我们可以看到，利用该公式计算出的结果与实际情况相符，我们还可以看到，在低速的情况下，将物体的运动速度进行简单地叠加所得出的结果，也不会出现太大的偏差，但在高速的情况下，就必须要考虑相对论了。

需要指出的是，在微观世界中，各种基本粒子的速度是相当快的，比如说电子在原子内部空间运动的时候，其速度常常可达到每秒数千公里，而如果电子得到了足够的能量，它的速度甚至可以达到光速的99%以上，因此可以说，要计算出微观系统的运动规律，就必须得将相对论也考虑进去。

1928年，物理学家狄拉克在薛定谔方程的基础上引入了相对论，提出了著名的狄拉克方程，完美地解决了这个问题。但新的问题很快就出现了，因为人们在解狄拉克方程的时候，发现电子居然可以存在负能级。

先简单解释一下，按当时的理论来讲，电子可以有多个能级，总的来说，当电子得到足够的能量的时候，它们就会向高能级跃迁，而在平常的时候，它们总是具有从高能级跃迁到低能级的趋势，通过大量的实验和研究，科学家发现电子有一个最低能级（基态），当电子跃迁最低能级的时候，就不可能继续向更低的能级跃迁了。

然而狄拉克方程却明确表示了电子可以存在负能级，这就与相关理论以及实验结果产生了巨大的矛盾，怎么办呢？于是狄拉克提出了“狄拉克之海”的观点，他认为负能级是存在的，只是因为真空中布满了不可见的处于负能级的电子，所以人们观察不到有电子跃迁到负能级（泡利不相容原理）。

那么问题就来了，在“狄拉克之海”里处于负能级的电子得到足够的能量的时候，它们就会向高能级跃迁，那么当它们离开“狄拉克之海”以后，留下的“空位”又是什么呢？因为根据电荷守恒定律，这个“空位”应该是带正电的（因为电子带负电），所以狄拉克最初的说法是，这个“空位”是一个质子。

但这种说法根本就讲不通，因为根据质能守恒定律，不管怎么说，这个“空位”都应该是一个与电子质量相同，并且电荷相反的粒子，它根本就不可能是质子。对此狄拉克伤透了脑筋，我的方程式明明是正确的，为什么会得出如此奇怪的结果呢？

最后他实在是无法根据已有的理论来作出合理的解释，干脆就大胆地预言，这个“空位”其实是一种我们还没见过的“反粒子”，我们不妨将它称为“正电子”，这种“正电子”与电子质量相同，但电荷相反。

狄拉克所预言的正电子其实就是反物质粒子，这可以完美地解释狄拉克方程所处的困境。根据他的构想，在真空中注入能量，就可以得到一个电子和一个反电子，即：“真空 + 能量 = 电子 + 反电子”，需要注意的是，这个过程是可逆的，也就是“电子 + 反电子 = 真空 + 能量”，这就是“反物质遇到普通物质就会湮灭”这种说法最初的原理。

狄拉克的预言很快就得到了证实，1932年，物理学家安德森利用“云室”首次在宇宙射线中发现了正电子的存在。但由于“狄拉克之海”存在着很多缺陷，因此在该模型提出之后，包括狄拉克在内的科学家们一直试图从理论上对其进行完善，并在此基础上发展出了量子场论。

简单地讲就是，量子场论认为所有的粒子都有与其相对应的反粒子，之所以会有反物质，是因为能量可以在真空中“凭空”生成正反粒子对，比如说当γ光子的能量大于电子静能两倍的时候，就可以在特定的条件下生成一个电子和一个正电子，而当这它们相遇时，又会发生湮灭并产生2个或3个光子。

时至今日，反中子、反质子等反粒子早已得到证实，科学家甚至还制造出了真正意义上的反物质——反氢原子，但由于反物质的制造成本极高、产量极低并且无法长时间地保存，因此虽然我们知道反物质是宇宙中的完美能源，核聚变在它面前就是渣渣，但是在未来的很长一段时间里，人类都无法利用到这种完美的能源。