在反物质的世界里，牛顿的苹果还会落地吗？

反氢原子（蓝色小球）在竖井里下落，同物质相遇发生了湮灭。 （美国国家科学基金会/图）

我们生活在一个“物质世界”中，从宇宙到人体再到细胞，都是物质。但物理学家的研究表明，与物质相对应，宇宙中还存在反物质，他们对此进行了近百年的探索。2023年9月27日，欧洲核子研究中心（CERN）的ALPHA合作组在《自然》（Nature）上发表了一篇论文，公布了他们对反物质的最新研究结果。他们在实验中发现，反氢原子在引力作用下会自由下落，这和物质在引力作用下的运动方式相同。

ALPHA合作组发言人、丹麦奥胡斯大学物理学教授同时也是这篇论文的通讯作者之一的杰弗里·汉斯特（Jeffrey Hangst）表示：“这是首次直接在实验中观测到引力对于反物质运动的作用，在反物质研究的历史上是一个里程碑。”

反物质的谜团

1928年，英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）提出了狄拉克方程，预言了反物质的存在。在他的理论中，存在一种粒子，除电性和电子相反外，其他所有性质都和电子相同，这种粒子后来被命名为正电子。1932年，美国物理学家卡尔·安德森（Carl Anderson）在实验中发现了狄拉克预言的正电子，他也因此获得了1936年诺贝尔物理学奖。

反物质被发现后，物理学家开始研究反物质的性质，并且思考反物质与引力的关系。1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，建立了迄今为止最成功的引力理论。从1919年的日食观测到2015年发现引力波，广义相对论的预言在一个世纪里不断得到证实，也经受住一系列实验的考验。

在爱因斯坦提出广义相对论的时候，包括他在内的物理学家还不知道反物质的存在。但在广义相对论中，相同质量的物体受到的引力相同，而与它们的内在结