宇宙为什么会出现反物质，在未来能否改变人类的能源结构？

反物质是宇宙中最神秘的物质。首先由保罗·狄拉克的波动方程所预言，1932年8月2日安德森在云雾室中首次发现了正电子的踪迹。随着反中子和反质子的发现，人们才开始意识到，任何物质都有自己的反版本。

那么什么是反粒子呢？和粒子有啥区别

我们知道正物质都是由原子组成的，而原子又是由质子、中子和电子组成的。

而标准模型中每一个存在的粒子，无论是基本粒子，如夸克、电子或光子，还是复合粒子，如中子或质子，都有一个反粒子！

那么在宇宙中为何会诞生反物质呢？因为在宇宙早期高能光子相撞，就会诞生成对的正反粒子，然后正反粒子又湮灭把能量归还给宇宙，在高能粒子对撞机中也是这种情况，要想制造出物质粒子，必然会出现等量的反物质粒子。

那么宇宙为何最后选择了正物质，也就是为何正反物质的量不对称，这就是另外一个话题了，也是目前是物理学的第一大谜题。但也有很多猜想，但都是超出标准模型中的粒子所能解释的范畴。例如：存在违反重子数守恒的相互作用，存在严重破坏cp对称的粒子等等。

在很多方面，反粒子和普通粒子是一样的。它们有同样的质量，同样大小的电荷，同样大小的自旋，如果正粒子是一个不稳定的粒子，那么反粒子也有同样的寿命。

但是正反粒子也有一些非常重要的区别！例如，正反粒子的电荷符号是相反的。如果一个粒子带正电荷（就像质子），它的反粒子（反质子）就会带负电荷。中微子和反中微子，作为另一个例子，它们的螺旋（或自旋，或固有角动量）方向相反。

但如果一个粒子和它自己的反粒子相遇，最大的问题就来了。

当一个粒子与它自己的反粒子碰撞时，会发生湮灭，并通过爱因斯坦著名的E = mc^2将全部转化为纯能量，产生两个超高能量的光子。

我们人类目前获取能量的方式

对我们来说，反物质是宇宙中最有效的能源。在我们日常生活中无论你干什么，哪怕是坐着不动，也需要消耗能量。

无论你是想给汽车提供动力，还是想发射火箭，宇宙飞船，还是想去散步，都需要能量。我们现在使用的这些能量从何而来？不管你是汽车、火箭还是人，以下这种方式都是我们人类目前的能量来源。

它就是普通的原子。在原子中围绕原子核旋转的电子储存着化学能。当电子处于较低的能量结构时，原子就会释放能量，这就是从火箭燃料到TNT到克雷布斯循环再到燃烧镁的过程所释放的能量，这些能量由原子和分子键提供。

是，通过原子中电子的跃迁所释放的化学能，效率低得可怕。如果我把10万吨的火箭燃料带上一艘飞船，即使是有史以来最好的火箭燃料，也只能把其中大约0.5吨的燃料转化成能量，剩下都是废气。

然而，到目前为止，这就是我们人类给火箭和航天器提供动力的方式。飞不远是正常的，因为用的是最低级的获取能量的方式。

但是如果我们想要到达另一个星系，想要星际旅行，我们必须改变获取能量的方式。一个比化学能更好的方式。看下图：

太阳！我们的太阳不是使用化学能源，而是依赖核能！核聚变将较轻的元素融合成较重的元素（如太阳），核裂变将较重、不稳定的元素分裂成较轻、较稳定的元素（如核弹或发电厂），两者的效率都远高于任何形式的化学能。

效率提高了多少？如果有10万吨的氢气，把这10万吨的氢全部融合成氦，有多少质量会变成能量，又有多少会变成氦废料？我们将通过E=mc^2得到大约700吨的能量，这个能量很多，但是仍然有99300吨的核废料。总而言之，0.7%的效率并不高。

反物质在未来能否改变人类的能源结构

下面就是反物质的作用。当我们梦想星际飞行的时候，我们就需要有一个完美的能量来源。如果在飞船上带上10万吨的燃料，其中5万吨的氢气和5万吨反氢气，我们就能将所有的质量转化为能量，10万吨的能源，没有任何一点浪费。

这就是在未来反物质能给人类带来的希望。

但是，我们离制造5万吨的反物质还有很长的路要走，但反氢原子是我们能制造的最轻、最稳定的反物质。在理论上，反氢原子可以存储任意的量，在时间上想存储多久就存储多久。

目前有个事实，在1955年首次发现反质子以来，欧洲核子研究中心的低能反质子环和费米实验室，总共产生的反物质量还不足百万分之一克。

所以现在就开始考虑大规模的实际应用还为时过早，但这也是未来人们长期发展的动力。