1928年的一天，著名物理學家狄拉克坐在自己的椅子上，翹着二郎腿，長舒了一口氣。他剛剛完成了一項偉大的工作，把量子力學領域的薛定谔方程和宇宙量級上的相對論進行了結合，提出了屬于他的狄拉克方程。

薛定谔方程，是用來描述微觀粒子運動的。可是，這個方程也有一個問題，他在計算粒子速度的時候，使用的是正常世界的公式。而在微觀世界，粒子都是以接近光速的速度運動着，用宏觀世界的公式就顯得不合适了，而是要考慮到相對論的效應才可以。

那麼，相對論是什麼效應呢？

相對論告訴我們：物體的移動是不能超過光速的。舉個例子：在赤道上，地球的自轉線速度是1670km/h，如果你在赤道上向正東方向以30公裡的時速前進，按照宏觀世界物體的速度變換公式（伽利略變換），那就是1700km/h。這是沒問題的。但如果你在一個0.8倍光速的車上以0.3倍光速向前走，然後還是按照這個方式計算，豈不是1.1倍光速了？

實際上，在接近光速的級别時，我們需要運用另一種速度疊加公式（洛倫茲變換）來計算，那就是：

如果你願意試一下的話，就會發現，當兩個疊加的速度都很小時，分母幾乎等于1，這個公式和伽利略變換就沒什麼區别；而當它們接近光速乃至等于光速的時候，計算結果也永遠無法超過光速。

于是，狄拉克就把這個變換公式運用到薛定谔方程（當然，其實這裡還有其他很複雜的計算和理論，咱們簡單地理解一下就夠了），從而推導出這個讓他滿意、讓其他人都驚歎不已的狄拉克方程（方程很複雜，我們就不引用了）。

就在狄拉克沾沾自喜的時候，其他科學家提出了疑問：不對啊，你這個方程，搞出了負能級的電子，這是咋回事？

好吧，咱們又得跳戲了，講一講什麼叫負能級。

這個就容易解釋一些了，就是說一個原子在正常狀态下，電子安穩地圍繞原子核旋轉，這個狀态叫做基态。可是，如果有外界給這個原子施加能量，電子吸收了能量，就跟打了雞血一樣，開始“上蹿下跳”。借用網上的一個比喻，基态下的電子，就相當于一輛車的空檔，被激發的電子則像挂了1擋、2擋、乃至5擋一樣，嗖嗖跑。

而狄拉克方程告訴我們，電子還有負能級，相當于一輛車還有負擋。當然，這個“負擋”和倒擋還不太一樣，而是說電子已經違背常理了。

狄拉克把翹着的二郎腿放下來，陷入了深深的思考之中。他提出了一個想法，說負能級的确有，但是已經被電子填滿（泡利不相容原理，反正這個理論是錯的，不用深入了解），所以我們觀察不到。這些負能級電子就像淹沒在海洋裡了一樣，故而提出了迪拉克之海的概念。

這個概念本來就很牽強，就像愛因斯坦提出的宇宙常數一樣。很快，海森堡、泡利等人就提出了質疑。最終，狄拉克承認，這個方程相當于一個預言：這些負能級的電子，實際上是帶一個正電荷的電子（普通電子帶一個負電荷），質量和電子相同，因此這種電子被命名為反電子。

狄拉克的預言很快就被證實，美國物理學家安德森在用雲室研究宇宙粒子的時候，就發現了在雲室的磁場中和電子偏轉方向完全相反，但是角度完全相同的粒子。學過高中物理的朋友可以看出來：偏轉方向相反說明電荷相反，角度相同說明質量相同。顯然，這個就是反電子。

就這樣，人類第一次發現了反物質。

接下來，1955年，美國勞倫斯輻射實驗室發現了反質子；1965年，美籍華裔物理學家丁肇中發現了反氘核；1995年，歐洲核子研究中心的科學家甚至合成了反氫原子。

那麼，科學家為何如此執着于反物質呢？它究竟有何用處呢？我們下一期再介紹。