簡(jiǎn)單來(lái)講，核聚變就是較輕的原子核聚合成較重的原子核，在此過(guò)程中，生成的“新原子核”的質(zhì)量，會(huì)比原來(lái)參與反應(yīng)的原子核的總質(zhì)量輕一點(diǎn)，而這些虧損的質(zhì)量，則會(huì)以能量的形式被釋放出來(lái)，這可以通過(guò)愛因斯坦提出的質(zhì)能方程“E = mc^2”來(lái)進(jìn)行描述。

正如我們所知，質(zhì)能方程中“c”代表的是光速，這是一個(gè)很大的數(shù)字，所以即使是一點(diǎn)點(diǎn)質(zhì)量，乘以光速的平方，得到的能量也是非常可觀的，所以核聚變也被我們視為是一種非常強(qiáng)大的能源。

然而核聚變過(guò)程中的質(zhì)量虧損，其實(shí)并沒(méi)有我們想象中的那么多，即使質(zhì)能轉(zhuǎn)換率相對(duì)較高的氫核聚變，其虧損的質(zhì)量也只占參與反應(yīng)總質(zhì)量的大約0.7%。

那么，有沒(méi)有比核聚變的質(zhì)能轉(zhuǎn)換率更高的能源呢？答案是肯定的，實(shí)際上，早在上個(gè)世紀(jì)，科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，宇宙中有一種奇特的物質(zhì)——反物質(zhì)，它們能與我們常見的普通物質(zhì)發(fā)生湮滅，在此過(guò)程中，所有參與反應(yīng)的質(zhì)量都將轉(zhuǎn)化為能量。

也就是說(shuō)，反物質(zhì)所引發(fā)的這種湮滅過(guò)程，其質(zhì)能轉(zhuǎn)換率是100%（大約是氫核聚變的143倍），毫不夸張地講，如此高的質(zhì)能轉(zhuǎn)換率，使得核聚變?cè)谒媲熬褪窃Ｓ捎谶@已經(jīng)達(dá)到了理論上的極限，反物質(zhì)也被認(rèn)為是宇宙中的終極能源，那么，它是怎么被發(fā)現(xiàn)的呢？

實(shí)際上，反物質(zhì)的存在最初只是理論上的推測(cè)，在1928年的時(shí)候，物理學(xué)家保羅·狄拉克提出了著名的“狄拉克方程”，這個(gè)方程可以同時(shí)滿足量子力學(xué)和相對(duì)論的要求，從而解決了當(dāng)時(shí)物理學(xué)中的一個(gè)大難題，即：如何將這兩個(gè)理論結(jié)合起來(lái)，描述以極高速度運(yùn)動(dòng)的微觀粒子的行為。

但是，這個(gè)方程在數(shù)學(xué)上出現(xiàn)了一個(gè)“怪異”的解：它預(yù)言了一種質(zhì)量與電子相同，但電荷卻與電子相反的粒子，一開始，狄拉克自己也對(duì)這個(gè)結(jié)果感到困惑，他甚至一度想將其解釋成質(zhì)子，但很快發(fā)現(xiàn)行不通，因?yàn)橘|(zhì)子的質(zhì)量比電子大得多，跟方程的預(yù)言完全不匹配。

于是狄拉克大膽地提出了一個(gè)推測(cè)：宇宙中可能存在一種粒子，它們是電子的反粒子，由于它們與電子的狀態(tài)相反，因此當(dāng)它們與電子相遇時(shí)，雙方就會(huì)相互湮滅，其質(zhì)量則會(huì)以能量的形式釋放出來(lái)。

狄拉克的這個(gè)推測(cè)，在當(dāng)時(shí)可以說(shuō)是非常超前的，很多人都對(duì)此表示懷疑。不過(guò)在4年之后，也就是1932年，物理學(xué)卡爾·安德森在利用帶有強(qiáng)磁場(chǎng)的“云室”研究宇宙射線的過(guò)程中，觀測(cè)到一種與電子質(zhì)量相當(dāng)，但帶正電荷的粒子軌跡。

通過(guò)對(duì)其在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)方向、曲率半徑和徑跡特征的精確分析，安德森確定了該粒子正是狄拉克所預(yù)言的粒子，并將其稱為正電子。

值得一提的是，早在1930年的時(shí)候，物理學(xué)家趙忠堯就在γ射線散射實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一些反?，F(xiàn)象，這些現(xiàn)象后來(lái)被證實(shí)是電子和正電子湮滅過(guò)程造成的，但是當(dāng)時(shí)人們并沒(méi)有意識(shí)到。

盡管狄拉克方程成功預(yù)言了正電子的存在，但其原始理論在處理負(fù)能態(tài)、電荷守恒以及多粒子系統(tǒng)等方面仍存在諸多不嚴(yán)密之處。因此，包括狄拉克本人在內(nèi)的眾多理論物理學(xué)家，隨后致力于對(duì)該模型的優(yōu)化和完善，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，最終促成了量子場(chǎng)論的建立。

簡(jiǎn)單來(lái)講，量子場(chǎng)論將粒子視為量子場(chǎng)的激發(fā)態(tài)，并系統(tǒng)性地解決了正反粒子對(duì)的產(chǎn)生與湮滅等問(wèn)題。該理論框架下，自然界中每一種粒子都對(duì)應(yīng)著一種反粒子，其存在并非偶然，而是源于量子場(chǎng)的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，在特定條件下，足夠高的能量可以產(chǎn)生正反粒子對(duì)，例如電子與正電子，質(zhì)子與反質(zhì)子，中子與反中子等。

而這也就意味著，從理論上來(lái)講，我們可以通過(guò)人工來(lái)制造反物質(zhì)，怎么制造呢？一個(gè)可行的方法就是利用粒子加速器。

其原理簡(jiǎn)單來(lái)講就是，把普通粒子加速到接近光速，然后讓它們?nèi)プ矒裟繕?biāo)靶。在猛烈的撞擊中，能量會(huì)在極小的空間尺度內(nèi)集中釋放，形成瞬時(shí)極高的溫度與壓強(qiáng)，在這種極端條件下，部分能量就有可能轉(zhuǎn)化為等量的粒子與反粒子，然后再通過(guò)磁場(chǎng)和電場(chǎng)將反粒子從其他次級(jí)粒子中分離出來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)反物質(zhì)的識(shí)別與收集。

正是通過(guò)這樣的方法，科學(xué)家們?cè)?955年和1956年分別制造出了反質(zhì)子和反中子，并在1995年的時(shí)候首次合成出了反氫原子。

那么問(wèn)題就來(lái)了，既然我們?nèi)祟愐丫邆淞酥圃旆次镔|(zhì)的能力，為什么不將其應(yīng)用起來(lái)呢？其實(shí)最主要的原因就是，產(chǎn)量實(shí)在是太少了。具體有多少呢？這樣說(shuō)吧，迄今為止，人類制造出的反物質(zhì)的總質(zhì)量只有10多納克（1納克 = 0.000000001克），其蘊(yùn)含的能量甚至還不足以將一杯水燒開。

除此之外，由于反物質(zhì)一旦與普通物質(zhì)發(fā)生接觸即會(huì)發(fā)生湮滅反應(yīng)，因此其儲(chǔ)存必須在完全避免物質(zhì)接觸的條件下進(jìn)行。當(dāng)前，科學(xué)家主要依賴電磁約束系統(tǒng)在超高真空環(huán)境中對(duì)帶電反粒子進(jìn)行空間懸浮控制，使其避免與任何實(shí)物接觸，然而這種約束方式卻難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存。

所以盡管反物質(zhì)堪稱是已知宇宙中的終極能源，以至于核聚變?cè)谒媲熬褪窃捎诳萍妓降南拗?，我們?cè)谖磥?lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，都無(wú)法將其作為能源來(lái)使用。