宇宙中的终极能源，核聚变在它面前就是渣渣，它是怎么被发现的？

今年3月24日，欧洲核子研究中心的园区里开出了一辆不太寻常的卡车。车上有一个重约一吨的"磁场瓶子"，里面关着92个反质子。

卡车最高时速 42 公里，走了大约 8 公里，绕园区转了一圈，半小时后回到起点。这是人类第一次可控、可逆地运输反物质。

为了几十个看不见的粒子这么兴师动众，是因为反物质太"娇气"了：它一碰到普通物质就会湮灭，全部变成能量。也正因为这一点，它被看作宇宙中的终极能源。

核聚变厉害，靠的是轻原子核聚合时少掉的那一点质量。可就算是转换效率比较高的氢核聚变，亏损的质量也只占参与反应物质的约0.7%。

正反物质湮灭是把质量全部变成能量，转换率100%，差不多是氢聚变的143倍，已经到了理论上限。跟它一比，核聚变确实只能算"渣渣"。

这么神奇的东西，最早却不是在实验室里找到的，而是从一个方程里"算"出来的。1928年，一位年轻人在德国登台介绍自己的新成果。

海森堡后来把这套理论称为"现代物理学中最悲伤的一章"，还在信里说自己几乎是出于绝望，才转去研究别的领域。据说泡利甚至一度宣布放弃量子物理，跑去写乌托邦小说。

这个年轻人碰的，是物理学家到今天都没彻底解决的难题：让相对论和量子力学统一起来。事情要从1905年说起。

爱因斯坦的狭义相对论认为，对所有匀速运动的观察者来说，物理定律都一样，测到的光速永远是每秒3亿米。为了做到这一点，时间和空间必须跟着变换，两者合成了四维时空。

从这里还推出了E=mc²，以及能量和动量之间的关系式。麻烦在于，用这个关系式求能量要开平方，而开平方会得到正负两个解。

负能量是什么？谁也没见过。

在经典物理里这好办，直接扔掉就行。量子世界可没这么好糊弄。

1926年，薛定谔写出波动方程，奠定了量子力学，但方程里用的是经典的动能公式，不符合相对论。一用到重元素上就露馅了：按它算，金子应该是银灰色，水银在室温下应该是固体。

原因是重原子核对电子拉得特别紧，有些电子跑得接近光速。同一年，克莱因、戈登和福克各自推出了相对论版本的方程，也就是克莱因—戈登方程。

1927年索尔维会议上，玻尔问一位年轻人在研究什么，对方说想建立电子的相对论理论。玻尔说克莱因已经解决了，年轻人并不认同。

他就是25岁的保罗·狄拉克。玻尔后来说他是"最奇怪的人"。

他能在饭桌上三个小时一句话不说，同事们干脆发明了一个单位叫"狄拉克"，意思是每小时说一个词。但他对数学之美近乎执着，觉得方程漂亮比跟实验对得上还重要。

狄拉克不满意克莱因—戈登方程，关键在于它对时间求了二阶导数，算出来的概率可能是负数，这在物理上说不通。他想要一个对时间只求一阶导数的方程，为此不得不引入4×4的矩阵，波函数也跟着变成了四个分量。

1928年，狄拉克方程诞生了。它漂亮得惊人：电子的自旋不用人为加进去，自己就从方程里冒了出来，氢原子光谱的精细结构也算得分毫不差。

问题是，四个解里有两个是负能量。量子力学里，电子会放出光子跳到更低的能级。

如果负能态真的存在，电子就会一路往下掉，没有尽头，原子根本没法稳定。这一回，负能量扔不掉了。

狄拉克的办法大胆得近乎荒唐：假设所有负能态早就被电子填满了，形成一片看不见的"海"。按泡利不相容原理，普通电子没法再掉进去。

如果海里有个电子被激发出来，留下的"空穴"看起来就像一个带正电、能量为正的粒子。他起初猜这个空穴是质子，但很快有人指出，按方程，空穴的质量必须和电子一样，而质子重了将近两千倍。

1931年，狄拉克终于下了决心：存在一种从没见过的粒子，质量和电子相同，电荷相反，这就是反电子。从方程问世到走出这一步，他挣扎了整整三年。

答案来得比谁预想的都快。1932年，美国物理学家安德森用带强磁场的云室观测宇宙射线，拍到一条径迹，粒子质量和电子相当，在磁场里却往相反的方向偏转。

他把这种粒子叫作正电子。1933年，狄拉克和薛定谔共同获得诺贝尔物理学奖。

中国人应该记住的是，早在1930年，物理学家赵忠尧在做γ射线实验时就观察到了反常现象，后来才证实那是正负电子湮灭造成的。只是当时没人意识到它的意义。

想到这里，难免让人觉得可惜。后来，物理学家又换了个角度理解负能量。

1941年，斯图克尔堡提出，负能量解可以看成在时间上倒着走的粒子，费曼后来把这个思路发扬光大：一个逆着时间运动的电子，看起来就是一个顺着时间运动的正电子。狄拉克海这种别扭的假设慢慢退出舞台，量子场论接了班。

在量子场论里，粒子是场的激发，每种粒子都有对应的反粒子，只要能量够大，就能"撞"出一对正反粒子。这就意味着反物质可以人造。

办法是用加速器把粒子加速到接近光速去撞靶，让巨大的能量在极小的空间里变成正反粒子，再用电磁场把反粒子挑出来。1955年反质子被发现，1956年轮到反中子；1959年，王淦昌领导的小组发现了反西格玛负超子；1995年，人类首次合成反氢原子。

2024年，中国科学院近代物理研究所等机构的科研人员参与RHIC-STAR国际合作实验研究，首次在相对论重离子金金碰撞中观测到一种新的反物质超核——反超氢-4，该工作由中国科学院近代物理研究所仇浩研究员团队主导完成。既然能造，为什么不拿来发电？

因为太少、太贵、太难存。CERN的物理学家估算，制造一克反物质的成本高达数万亿美元，按CERN目前的生产速度，积累这么多反物质需要的时间是宇宙年龄的十倍。

储存也只能在超高真空里靠电磁场让它悬着，不碰任何东西。这次上路的装置，首次实现了将反质子在可移动运输容器中储存超过一个月，已经算是里程碑。

之后，团队计划将反质子运输至约700公里外的杜塞尔多夫，因为"反物质工厂"充满了波动的磁噪声，换个地方测，精度能高得多。10月，美国西北大学的团队又找到办法，捕获一个正电子，并使其连续存在数月之久。

科学家花这么大力气，并不是为了发电，而是想回答一个更根本的问题：宇宙诞生时正反物质本应一样多，为什么今天几乎只剩下物质？按目前的认识，绝大部分正反物质湮灭之后，约百亿分之一的正物质得以存活下来，构成了今天的物质世界。

至于这点差异从哪来，理论界还在不断提出新的线索。回头再看狄拉克，这位不爱说话的天才后来和维格纳成了好朋友。

1934年，他认识了维格纳的妹妹玛吉特。他沉默寡言，她热情健谈，两个人性格完全相反，婚姻却十分美满。

一位朋友评价说：他给了她地位，她给了他生活。这大概是一对从来没有湮灭过的"粒子与反粒子"。

从一个方程里多出来的负号，到卡车上的92个反质子，人类走了将近一百年。反物质离成为能源还很远，但它一次次逼着我们重新认识这个宇宙。