编者按：讨论外星人的两篇公众号文章刊发之后，有读者问到地外生命的问题。比如，外星人能否使用反物质作为空间旅行的燃料，或者借助遍布宇宙的恒星来为宇宙飞船充能。笔者希望给有兴趣深究这个问题的读者提供多些讨论和信息，来解答他们心中的疑问。

不得不说，现在人们提起反物质作为燃料，有相当一部分原因是由于科幻小说。科幻小说作为一种特殊形式的小说， 常从现代科学的发展中吸取新概念， 反物质就是常被吸收的新概念之一。

20 世纪 40 年代， 美国科幻小说家威廉森 (Jack Williamson) 创作了一系列以反物质为题材的小说， 称为 C.T. 故事， 其中 “C.T.” 是他为反物质所拟的名称——“Contra-Terrene”——的缩写。 威廉森的 C.T. 故事问世后不久， 另一位美国科幻小说家阿西莫夫 (Isaac Asimov) 也在自己脍炙人口的机器人故事中引进了反物质的概念， 他所设想的机器人大脑是所谓的“正电子脑” (positronic brain)， 而正电子乃是电子的反粒子， 是反物质的基本组元之一。 20 世纪 60 年代， 著名科幻电视连续剧《星际迷航》(Stat Trek) 开始播出， 在这部连续创作和播出约 40 年之久、 拥有不止一代忠实粉丝的电视连续剧中， 反物质是星际飞船的重要燃料。 这一点如今已几乎成为了所有以星际旅行为题材的科幻小说的共同特点。 反物质概念在科幻小说中的频频出现， 使公众对这一概念也产生了浓厚兴趣。

那么， 反物质这一概念是何时， 以何种方式被提出的？ 人们又是如何发现反物质的？ 反物质究竟是不是一种有效的星际飞船燃料？ 我们的宇宙中到底是物质多呢还是反物质多？ 这些或许是很多人不甚了解却不无兴趣的问题。

反物质这一概念在学术界的出现最早可以追溯到 19 世纪末。 1898 年， 英国物理学家舒斯特 (Arthur Schuster) 在给《自然》(Nature) 杂志的一封信中提到， 既然电荷可以有负的， 电子说不定也可以有负的， 而且负电子说不定和我们熟悉的电子有着一样的颜色。 这或许是有关反物质的想法在科学文献中的萌芽。 不过舒斯特有关反物质的想法只是一种简单而模糊的思辨， 没有真正的理论依据， 因而也没有引起任何重视。

如果所有的粒子都有反粒子， 那么就完全有可能存在由反粒子组成的物质， 这种物质就是人们所说的反物质。 因此从某种意义上讲， 1931 年可以被视为是反物质概念诞生的年代。

不过尽管反粒子的发现和产生已不再稀罕， 但反粒子很容易被 “正” 粒子湮灭， 因此如何保存它们依然是一个极大的技术难题。 直到 20 世纪 80 年代， 物理学家们才开始掌握了保存少量反粒子的手段。 但是要想保存更多的反粒子， 却又面临另一个技术难题， 因为带同种电荷的反粒子相互排斥， 中性的反粒子又不稳定。 在这种情况下， 要想积累反粒子， 一种可能的手段是让反粒子象普通粒子配成原子那样配成中性的反原子。 但是让那些极易湮灭， 通常又高速运动的反粒子乖乖地组成原子又谈何容易？ 这项工作直到 1995 年才由德国物理学家欧勒特 (Walter Oelert) 领导的实验小组所完成， 他们在欧洲核子中心 (CERN) 的低能反质子环 (Low Energy Antiproton Ring) 上成功地制备出了 9 个反氢原子。 虽然只有区区 9 个， 与普通原子动辄就是几个摩尔——一摩尔约有 6,000 万亿亿个——的海量相比少得简直不值一提。

虽然从理论上讲， 由反粒子组成反原子乃是稀松平常之事； 而从实用的角度讲， 欧勒特制备的反氢原子不仅数量稀少， 而且存在的时间也短得可怜， 只有一亿分之四秒， 距离实用无疑还差得很远。 欧勒特实验成功后的第二年， 欧洲核子中心关闭了为这一实验及其它三十几个实验立下过汗马功劳的低能反质子环。 这个低能反质子环在它服役的 14 年间总共产生了超过 100 万亿个反质子。 如果把这些反质子全部当成反物质燃料与质子湮灭， 它们所产生的能量大约可以让一盏 100 瓦的灯泡点亮 5 分钟。 将这点微不足道的能量与 14 年间为产生这些反质子而消耗的巨大能源相比， 不难看到用反物质作为能源是极度得不偿失的。

但这些技术上的困难并不妨碍人类的想象力将反物质作为未来可能采用的一种能源。 这种能源除了具有理论上最高的转化效率外， 还有一个非常吸引人的优势， 那就是洁净。 我们知道， 传统的能源， 无论是化学能还是核能， 通常都会在使用后产生有害的残留物， 比如废气、 核废料等， 而正反物质的湮灭却可以将燃料彻底转化为能量， 从而不留下任何残留物质， 因此它是一种理论上最洁净的能源。 这样既洁净又高效的能源不仅是科幻小说家的最爱， 对于工程和军事领域来说也有着无穷的魅力。

反物质的制造除了有上面提到的困难外， 还会面临一个意想不到的难题， 那就是正反物质相互接触时， 因湮灭而产生的辐射压会将正反物质剧烈推开， 从而急剧减缓能量释放的速度。到目前为止， 除了基础物理研究外， 反物质的主要应用领域是在医学影像方面。 由于技术水平及反物质数量的稀少所限， 多数其他类型的反物质应用起码在目前还是很不现实的。

可以看到，反物质的制备和存储是如此困难，于是那些提出使用反物质作为（外星人）星际旅行的人会问： 宇宙中有可能存在大规模的天然反物质源吗？这样（外星人）可以直接“拿来就用”，就不用制备和保存反物质了，甚至宇宙间会不会存在纯粹是反物质的星球呢？

有一点是可以明确的： 由于反物质与物质会相互湮灭， 因此在我们所生活的这颗小小的蓝色星球上， 像发现煤矿或铀矿那样发现 “反物质矿” 是完全不可能的。 不仅如此， 反物质在整个太阳系中的存在也是微乎其微的。否则，从太阳发出， 被称为太阳风的粒子流与反物质之间的湮灭早就应该被发现了。 再往远处看， 情况也没有实质的改变， 虽然宇宙射线中存在一定数量的反粒子， 有些地方甚至存在反粒子源， 但那些反粒子大都来自普通物质所参与的高能物理过程。 迄今为止并无任何确凿的证据， 表明宇宙中可能存在反物质星球， 或任何其它大范围的反物质分布。

在自然界的生命体，其氨基酸都是左手旋。而右手旋的氨基酸（往往需要人工合成）对生物是无用，甚至是有害的。笔者认为这一点跟反物质有些类似。从物质丰度来看，正常物质是占绝大多数，而反物质才是宇宙中的稀客， 但这稀客是从相对意义上讲的。 宇宙中反物质的数量虽然极少， 但足以为科幻小说留下巨大的驰骋空间。

只不过， 反物质星球的存在看来是极不可能的， 因为没有任何天然的物理过程能够让反物质有效地汇集起来， 并在这一过程中免遭普通物质的 “致命骚扰”。 而反物质生物的存在则比反物质星球更加不可能， 因为即便存在反物质星球， 但在那种星球上要想演化出生物来也是难以想象的。 我们知道， 即便在太阳系空间已相当 “干净” 的今天， 地球每天仍会受到上千万次的陨石撞击 (这些陨石绝大多数在大气层中烧毁， 只有少数落到地上， 因此我们不必担心它们会恰好砸在我们头上)， 这些陨石的总质量约有几吨。 这样的质量相对于庞大的地球来说无疑是微乎其微的， 但同样的情形如果发生在一颗反物质星球上， 那么这几吨的陨石 (普通物质) 与星球上的反物质湮灭所释放的能量将相当于上百万颗广岛原子弹爆炸所释放的能量。 要在一个每天被上百万颗原子弹轰击的星球上产生生物， 这恐怕是最高级的外星生命也是难以承受的。

可见，反物质作为星际旅行的燃料确实不太现实，那么利用恒星充能这个方案又如何？我们会在之后的文章深入讨论恒星充能的可行性。