反粒子（与狄拉克的预言）

设想自然界中的每一种粒子都配有一个近乎完美的孪生兄弟——质量相同，但电荷以及另外几个标签都翻转成相反的符号。电子有一个带正电的孪生兄弟，质子有一个带负电的孪生兄弟，甚至连不带电的粒子往往也有各自不同的孪生体。这个孪生体就叫反粒子，由反粒子构成的物质叫反物质。最了不起的一点是：没有人原本打算发明反物质——它是在任何人看到它之前，就从数学里掉出来的。

反粒子与它的普通伙伴质量相同、寿命相同，但每一个像电荷那样的量都符号相反：电荷如此，更抽象的标签——例如区分夸克种类的量子数——也是如此。所以电子（电荷为负一）的反粒子是正电子（电荷为正一），夸克的反粒子是反夸克。少数特殊的粒子，比如光子，因为它的各种电荷本来就为零，所以它就是自己的反粒子。1928 年保罗·狄拉克（Paul Dirac）写下一个把量子力学与狭义相对论结合起来描述电子的方程；这个方程坚持要有一批负能量的额外解，而对这些解最干净的解读是：电子必定有一个带正电的伙伴存在。四年后卡尔·安德森（Carl Anderson）在宇宙射线中正好找到了这样一个粒子。

反粒子之所以重要，是因为它的预言是理论物理最辉煌的成就之一——纯粹的数学要求一整套影子般的粒子清单存在，而实验加以证实。在现代量子场论里，反粒子不是可有可无的附加项，而是把相对论和量子力学结合起来的必然结果：每一个物质场都自动同时带有粒子和反粒子。一个常见的误解是把反物质当成奇异之物或科幻燃料；其实它真实存在，在实验室里被例行制造，甚至在你体内也由某些放射性衰变以极微量产生。