反粒子（與狄拉克的預言）

設想自然界中的每一種粒子都配有一個近乎完美的孿生兄弟——質量相同，但電荷以及另外幾個標籤都翻轉成相反的符號。電子有一個帶正電的孿生兄弟，質子有一個帶負電的孿生兄弟，甚至連不帶電的粒子往往也有各自不同的孿生體。這個孿生體就叫反粒子，由反粒子構成的物質叫反物質。最了不起的一點是：沒有人原本打算發明反物質——它是在任何人看到它之前，就從數學裡掉出來的。

反粒子與它的普通夥伴質量相同、壽命相同，但每一個像電荷那樣的量都符號相反：電荷如此，更抽象的標籤——例如區分夸克種類的量子數——也是如此。所以電子（電荷為負一）的反粒子是正電子（電荷為正一），夸克的反粒子是反夸克。少數特殊的粒子，比如光子，因為它的各種電荷本來就為零，所以它就是自己的反粒子。1928 年保羅·狄拉克（Paul Dirac）寫下一個把量子力學與狹義相對論結合起來描述電子的方程；這個方程堅持要有一批負能量的額外解，而對這些解最乾淨的解讀是：電子必定有一個帶正電的夥伴存在。四年後卡爾·安德森（Carl Anderson）在宇宙射線中正好找到了這樣一個粒子。

反粒子之所以重要，是因為它的預言是理論物理最輝煌的成就之一——純粹的數學要求一整套影子般的粒子清單存在，而實驗加以證實。在現代量子場論裡，反粒子不是可有可無的附加項，而是把相對論和量子力學結合起來的必然結果：每一個物質場都自動同時帶有粒子和反粒子。一個常見的誤解是把反物質當成奇異之物或科幻燃料；其實它真實存在，在實驗室裡被例行製造，甚至在你體內也由某些放射性衰變以極微量產生。