1928年英国物理学家狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac)首先从理论上提出了存在反物质的假说，认为存在和构成普通物质的基本粒子质量相等但电荷相反的基本粒子，并有由这样的基本粒子构成的反物质。仅仅4年后，这个假说就得到验证，加州理工的安德森(Carl David Anderson)发现了正电子，即电荷为正的电子的存在；1955年在美国伯克利高能质子稳相加速器上，研究人员制造出了第一个反质子，即电荷为负的质子；欧洲原子核研究委员会的研究人员又制造出了第一个反原子，他们造出了9个反氢原子，存在了40纳秒(也称毫微秒)；到1998年他们一小时已经能生产2000个反氢原子了。现在，反物质正在医学领域发挥效用，用在正子放射断层扫描仪(PET scanner)中。不过制造反物质代价昂贵，在1999年如果想制造1克反物质的话，需要花费625亿美元。
需要说明的是，反物质的基本粒子不仅仅包括正电子和反质子，而是多种多样的，例如反μ介子、反π介子等等，它们是和对应的正基本粒子电荷相反的基本粒子，但它们的寿命太短暂，比如正反μ介子只能存在百万分之几秒钟，而正反π介子大约只能存在一亿分之二点五秒，寿命如此短暂的物质显然无法作为燃料。除了带电的之外，还有不带电的，如反中子、反中微子之类，以反中子为例，它虽然和普通中子一样都不带电荷，但一个反中子经过β衰变后就变成一个反质子，而不是一个带正电的质子，我们可以据此区分它们，不过这样不带电的粒子以目前的手段无法有效储存(甚至更糟糕，以我们目前的手段都无法直接观测到它们，而是通过湮灭间接观测)，所以同样也不适合作为燃料。最后能够候选的还是反质子和反电子。
由于反物质和物质如果相遇，将会湮灭，正反物质的质量将全部转化为能量，按照爱因斯坦的质能公式E=mc释放巨大的能量，就目前所知道的所有物理反应而言，这是效率最高的燃料。我们可以比较一下每公斤星际飞船发动机燃料的效果，很理想的化学反应可以产生1×10焦耳的能量，核裂变产生8×10焦耳，核聚变产生3×10焦耳，而反物质的湮灭能产生9×10焦耳，是氢氧化学反应的1百亿倍，太阳核心热核反应的300倍。这种飞船的比冲量将是最高的，而推重比也可能是最高的，一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量足以让一艘飞船巡弋数百光年，而航天飞机那么巨大的燃料箱和推进器中的燃料完全可以用100毫克的反物质代替。
此外，反物质发动机的一个好处是反物质的湮灭可以自发产生，不需要象核发动机中的核反应那样需要许多条件，所以就不需要很大的反应堆，可以减轻飞船重量。因此，早在1953年德国火箭科学家Eugen Sanger就提出可以用反物质推进宇宙飞船，而以反物质为燃料的飞船其后也成为科幻小说作家喜爱的星际运输工具。
不过，若想把理想变为现实，还有许多困难要克服。首先是制造它太消耗能量了，因为我们目前还没有其他制造反物质的办法，所以只能把湮灭过程反过来，使用粒子加速器，根据爱因斯坦的质能转换公式从能量中制造出反物质(以基本粒子的形态产生)。由于这个原因，现在全球每年才能制造出1百亿分之一克的反物质，这点反物质还不够加热一杯咖啡。
另外一个障碍是储存，因为反物质只要遇到正物质立刻就会湮灭爆炸，所以我们无法使用任何正物质制作的容器来存放它，现在都是通过磁场来保存这些反物质基本粒子。使用最多的是超冷真空的彭宁离子阱(Penning trap)，这是种可以便携运输的反质子存放装置，利用迭加电磁场来存放质子，但正电子难以用这种方式存放。
如果我们能在上述两方面取得突破性进展，就可以使用以反物质作为燃料的发动机来进行星际旅行了。我们并不需要达到原子级别的反物质，只要将基本粒子(亚原子)级别的反物质注入发动机让它同正物质反应一同湮灭就可以了。因此，我们就有两个选择，是用正电子还是反质子作燃料？
这倒不难选择，因为正电子和负电子湮灭只产生高能γ射线，这种高能γ射线是无法控制发射方向的，所以不适合作飞船燃料。而质子和反质子湮灭时，并不立即产生γ射线，而是产生3到7个介子，通常情况是3个带电介子和2个中性介子，其中中性介子几乎立刻转化成高能γ射线，而带电介子是有一定寿命的，正常半衰期是28纳秒，但由于它们以光速94%的速度移动，所以半衰期延长到70纳秒，并在衰变完毕前平均前进24米。是带电的就好办，我们就可以使用磁场控制它们的方向，让它们同推进剂发生作用。这些带电介子包含了湮灭的60%的能量，而这就是我们可以利用的能量。
反物质发动机的设计方案主要有四种，我在这里按照比冲量从低到高列出：
1) 固体核心：湮灭在一个固体核心的热交换装置内进行，产生的热量将氢推进剂加到高热，然后从喷口喷出，效率和推力都比较高，但由于原材料的原因，比冲量最多只能达到1,000秒；
2) 气体核心：让反物质同氢推进剂直接反应湮灭，产生的带电介子以磁场控制并将氢推进剂加到高热，但这样会产生一些无法控制的γ射线，比冲量能达到2,500秒；
3) 离子浆核心：以比较多的反物质注入氢推进剂并湮灭产生高热的离子浆，并以磁场来容纳它们，然后将离子浆喷出产生推力，这样同样会产生一些无法控制的γ射线，但这种方式不受原材料的限制，比冲量可以很高，大约在5,000秒到10万秒之间；
4) 粒子束核心(Beam Core)：直接一对一地湮灭，然后以磁场控制带电介子并把它们直接从喷口喷射出去，由于这些介子的运动速度接近光速，发动机比冲量可能要超过1千万秒。因为湮灭产生的带电介子在衰变后变成半衰期更长的带电μ介子，所以这个办法完全可行。而且这个方式只需要反物质燃料，不需要推进剂，可以极大地减少飞船的负载。
由于湮灭的产物是以接近光速运动的，所以飞船必须造得很长，下图就是典型的反物质引擎飞船的想象图：
预计使用粒子束核心反物质发动机的飞船从地球飞到火星只需要24个小时到2个星期(取决于地球和火星在公转中的相对位置)，而要让目前的使用化学火箭发动机，则需要1到2年。
我们回到制造和储存反物质的问题上，如果使用粒子束核心反物质发动机的话，需要几毫克反物质来在太阳系内旅行，如果要去比邻星的话则需要几公斤，这远远超过了我们的制造能力。但在存放方面我们倒取得不少进展，美国宇航局和宾州州立大学的科学家们已经能用彭宁离子阱来存放10个反质子一个星期，下一阶段是进展到10个，可要满足反物质推进的需要，估计需要存放10个反质子。
不过，科技进步的路子从来都不只一条，如果我们一时不能在制造和储存方面取得进展的话，也可以想办法减少反物质燃料的使用量。这种方式就是将反物质的湮灭和核反应结合，我前面介绍星际冲压发动机的时候，在结尾也提到了这种方式。
这种方式可以相互取长补短，由于反物质昂贵而且难以储存，所以少用反物质，多用核燃料；而由于核反应，尤其是进行热核反应的要求条件太高，所以用能够自然发生的反物质湮灭来触发核反应。这种结合的方式虽然比纯粹的反物质发动机产生的功率小，但毕竟更接近实际，从而容易实现。
需要注意的是，下面介绍的方法是不能用来发电的，因为输入的电量远大于输出的电量。但在宇航方面关心的是推力，而不是输入输出能量的经济性，所以不要紧。
1) ICAN-II
ICAN-II(ion compressed antimatter nuclear II)是由宾州州立大学的反物质太空推进小组(Antimatter Space Propulsion team)设计的，这种方式使用了反物质和核裂变的结合，用反物质来引发裂变。方法是让反质子撞击裂变物质的原子核，并同原子核里面的质子湮灭，产生的能量将使原子核分裂，其最终产生的能量要比普通的核裂变要大，估计去火星旅行一番需要140毫微克(1毫微克等于10亿分之1克)的反物质，远远少于粒子束核心反物质发动机的消耗量。
2) AIM之星
AIM是反质子触发微裂变/聚变的缩写(Antiproton Initiated Microfission/fusion)，按照宾州州立大学的设想，如果有了比ICAN-II中能得到的稍微多一点的反物质，就可以朝粒子束核心反物质发动机的方向前进一步，用反物质来加强裂变，从而加热聚变燃料引发聚变。这种发动机对反物质的需要量增加了，但需要的裂变物质比较少，而且有比ICAN-II更高的比冲量，大约在61,000秒左右。他们把按这种方式设计的飞船称为AIM之星(AIMStar)，如果能有30-130微克(1微克等于1/1000毫克)的反物质，AIM之星探测飞船能在50年内飞到欧特云。
3) 聚变和反物质的结合
同样，这是把反物质在比较近的时期投入使用的尝试，不过需要比AIM方式再多一些的反物质。只有有足够的反物质，我们就可以完全抛弃裂变过程，直接用反物质湮灭产生的能量来触发惯性约束聚变，而不必象前面介绍惯性约束聚变时那样使用激光。估计使用这种发动机，我们能在1个月以内到达火星。
美国宇航局马歇尔飞行中心(Marshall Flight Centre)的研究人员期望，上述技术能在30-40年之内成熟并获得应用。
此外，同样有人设想将反物质湮灭同核反应结合，并用类似猎户座的爆炸的方式来推进，正在美国航空航天局下属的NIAC资助下研究反物质发动机的Hbar Technologies公司就设计了如下图所示的飞船。
显然，Hbar公司设计的飞船和猎户座一样有个推进盘，不过这个推进盘是在前方，而且直径只有15英尺(5米)，这种反物质飞船结构相当紧密。飞船向推进盘喷出反物质，反物质粒子和推进盘碰撞产生爆炸，而物质和反物质湮灭时将和帆上薄薄的铀235涂层作用，产生少量的核裂变。这两个反应组合起来能产生最大的爆炸，用这种方法加速，Hbar公司设计的飞船在四个月里能达到每秒116公里。
这项研究的目的就是设计出一个小型飞船用以携带探测器，初步计划是在发送一个探测器并使之在10年内到达柯伊伯带。而这个公司到目前为止的成就显示，可以利用30毫克的反氢在10年内将一个载有小质量仪器的探测飞船送到距离太阳250天文单位远的地方；而根据初步测算，使用几克反物质则可以把同样大小的探测器在40年内送到比邻星。
““工程组，准备开启曲速引擎。”随着这声指令，联盟星舰（U.S.S.）进取号上正在进行“星际旅行”的船员准备驾驶太空船以超光速穿越宇宙空间。曲速引擎和远距传物、时间旅行一样，都是科幻小说中的技术，具有一定的科学依据，只是现在还无法实现。不过，科学家一直在从事星际太空船引擎的开发工作，该引擎与进取号上的物质-反物质引擎有类似之处。
美国航空航天局供图
本图所示的反物质飞船将有一天
能把飞往火星的旅行时间由11个月缩短到1个月。
反物质太空船工作原理
没有任何一个引擎产生的速度能超过光速——根据物理定律，我们无法做到这一点，但我们可以实现比目前的推进方式快许多倍的速度。物质-反物质引擎将带我们飞出太阳系，到达附近的恒星，而所用的时间只相当于采用液氢引擎的太空船（航天飞机也使用这种引擎）完成同一旅程的总耗时的一小部分。这就好像印地赛车和1971年生产的福特斑马汽车在行驶时的差别：开着斑马汽车，您最终也会抵达目的地，但花的时间会比印地赛车多十倍。
在本篇博闻网文章中，我们将展望几十年后的太空旅行，对反物质飞船进行探讨，并了解反物质究竟是什么，以及它是如何应用在高级推进系统中的。
这个问题并不是在开玩笑。反物质和您想像的一模一样：它与作为宇宙主要成分的正常物质恰好相反。不久以前，“我们的宇宙中存在反物质”这种说法还只是被当作纯理论的假想。1928年，英国物理学家保罗·狄拉克（Paul A.M. Dirac）修改了爱因斯坦的著名方程式E=mc。他提出，爱因斯坦没有考虑到方程式中的m（质量）既可能是正值，也可能是负值这个问题。狄拉克的方程式（E =±mc）为揭示宇宙中存在反物质埋下了伏笔。此后，科学家证明了几种反粒子的存在。
从字面上理解，这些反粒子是普通物质的镜像。每个反粒子的质量与对应的粒子相等，但所带的电荷相反。下面是20世纪在反物质领域的若干发现：
正电子——带正电荷（而不是负电荷）的电子。正电子由卡尔·安德森（Carl Anderson）于1932年发现，是证明反物质存在的第一个证据。
反质子——带有负电荷（而不是通常的正电荷）的质子。1955年，研究人员在伯克利实验室的质子加速器上制造出了一个反质子。
反原子——欧洲原子核研究委员会（CERN）的科学家们将正电子与反质子配对，制造出了第一批反原子。当时一共制造了九个反氢原子，每个仅存在了40纳秒的时间。到1998年为止，CERN的研究人员已经将反氢原子的制造能力提高到每小时2,000个。 当反物质与普通物质接触后，这两种质量相等但性质相反的粒子会互相碰撞，在产生爆炸的同时发出纯辐射，向外辐射速度能达到光速。制造爆炸的两种粒子将完全湮灭，只留下其他亚原子粒子。这个过程会将两者的所有质量转化为能量。科学家们相信，这种能量比其他推进方式产生的能量都要大。
那么，我们为什么还没造出靠物质-反物质反应提供动力的引擎呢？这种推进技术的问题在于，宇宙中存在的反物质严重不足。如果物质和反物质一样多，我们将可能看到这种反应在我们的周围发生。但由于我们的身边并不存在反物质，所以不会看到它与物质碰撞时发出的光。
在宇宙大爆炸时期，粒子的数量可能多于反粒子。如前所述，粒子和反粒子的碰撞会使双方都归于毁灭。由于宇宙在开始时拥有较多的粒子，因此现在只有它们留存下来。如今的宇宙中可能已经没有以自然形式存在的反粒子了。不过，科学家们于1977年发现，在银河系的中心附近可能沉积着反物质。如果它们的确存在，那就说明反物质可以以自由形态存在，我们就用不着自己制造了。
但我们现在暂时还得自己动手。幸运的是，目前我们已经有了制造反物质的技术。它使用的是高能粒子对撞机，也称“原子加速器”。它（如CERN拥有的那一台）由巨大的隧道组成，超磁体环绕排列在隧道周围，以推动原子，使其速度接近于光速。当某个原子在加速器中运行时，它会击中一个标靶，从而产生一些粒子，其中有一些是由磁场分离出来的反粒子。这些高能粒子加速器每年只能生产出1到2皮克的反物质。1皮克等于1/1012克。每年由CERN制造的所有反质子只够100瓦的电灯泡发光3秒。如果要抵达星际旅行的目的地，消耗的反质子将达数吨之多。
宾夕法尼亚州立大学高能粒子科学实验室供图
这艘反物质太空船将以惊人的速度把我们带出太阳系。（概念图）
美国航空航天局（NASA）可能只需再花几十年的时间就能开发出反物质太空船。这会使燃料成本大大降低，只相当于现在的一小部分。2000年10月，NASA的科学家们推出了反物质引擎的早期设计。它只需要少量的反物质作为燃料，就能释放出巨大的推进力。据当月的《推进与动力杂志》中的一篇报导介绍，如果要用一年时间航行到火星，提供给引擎的反物质只需百万分之一克。
在开发的各种推进技术中，物质-反物质推进技术是最有效的，因为物质和反物质的所有质量都被转化成了能量。当物质和反物质相遇时，由它们的湮灭释放出的能量大概是太空船用同等质量的燃料释放出的化学能（如氢氧燃烧）的100亿倍。物质-反物质反应比核电厂中核裂变产生的能量强1,000倍，比核聚变的能量强300倍。因此，物质-反物质引擎也许可以用更少的燃料把我们带到更远的地方。问题在于如何制造和储存反物质。物质-反物质引擎分为三个主要组成部分：
磁性存储环——反物质必须与普通物质隔离开来。利用带有磁场的存储环，可以使反物质围绕存储环运动，直到需要用它制造能量时为止。
供给系统——当太空船需要更多能量时，反物质将被释放出来，并与物质标靶碰撞，从而释放出能量。
磁性火箭喷嘴推进器——与地球上的粒子碰撞机相似，一个长长的磁性喷嘴将把由物质-反物质反应产生的能量推入推进器。
宾夕法尼亚州立大学高能粒子科学实验室供图
太空船上的存储环将用来存放反物质。
大约10克的反质子就能为载人太空船提供足够的燃料，使它在1个月内抵达火星。而现在的无人太空船需要将近1年才能到达火星。1996年，火星全球探测者号（Mars Global Surveyor）用了11个月的时间才抵达火星。科学家们相信，由物质-反物质提供动力的太空船的速度将把人类引入从前在太空中从未涉足的区域。人类可能会到木星旅行，甚至会远赴“太阳驻点”（太阳辐射所能到达的最远点）之外。但如果宇航员想让他们的舵手操纵飞船以曲速飞行，那么还需要很长的时间才能实现。
未来型概念武器随想之
反物质武器
自英国科学家狄拉克预言反物质，到发现正电子，反质子......正反粒子相互接触发生泯灭，放出巨大能量。其军事前景不言而喻.
反物质的军事应用可能有以下几个方面：1：制成反物质攻击武器
2:反物质推进装置
1反物质攻击武器：反物质“核弹”
基本原理是正反物质接触发生泯灭，质量100%的转化为能量（E=mc^2）。说起来简单，可操作起来就没这么容易。首先是如何制造足量的反物质，现在的方法是用回旋加速器对粒子加速并碰撞（如EU的LHC）。再次过程中产生的反物质极少，方法本身输入的能量比产生的反物质泯灭放出的大得多，成本高的惊人，在“短”时间内根本不可能制造那“区区”几克的反物质。其次是如何储存的问题，现在使用的是高度真空的电磁环境，利用电场，磁场将其束缚于内。这样的方法固然可行，但存放体积大，不易进行移动，需要内部电源提供电场。这样的反物质武器储存过程中一旦电磁场失效，或是内部真空环境遭到破坏并导致反物质泄漏，后果可想而知。再次是如何使用的问题，可能引发严重的人道危机，由于反物质武器不同于核裂变武器，使用后不会产生辐射污染（反物质武器爆炸就是正反物质相互“吃掉”，放出能量，利用这些能量在空间中扩散的效应来达到杀伤的目的），也就是说可以随意进入接受过攻击的地方尔丝毫不用担心污染，这对侵略者来说真是个“好消息”。因此“反武”一旦真正在地球上出现，势必引起此大国对小国的“侵略战争”。纵使联合国有意见也没用，他们不会傻到为某些三流国国家尔那整个人类的生命开玩笑的。---这样世界太可怕了，是文明的冬天。如果首先掌握在向R国 这样的国家手里就完了。
不过也有几种解决方案：针对反物质供应不足的情况，可以把目光投向太空。宇宙中有无数的高速粒子，好比是一台天然加速器，可以在地球轨道或月球上建造大面积的收集装置接受空间中的反物质，可大幅提高产量。不过成本依旧很高，可和世界霸权比那个更“贵”。也许能够使用某种“光”来储存反物质，或是冷却接近绝对零度。反物质泯灭时会放出大量伽马光子，它和反物质并不反应，是中性的。绝对零度下粒子运动“停止”，只有部分零点能。将“反武”储存于光子流或是低温环境下，应该是个不错的选择。
最后的问题是，如果使用的话，可能成为世界的霸主，也可能成为世界的敌人。真是一个很难把握的外交，政治问题。在别国研制成功之前的空白期，可以迅速崛起，也可以为将来的毁灭埋下恶果。
同时他的出现可能把战场衍生到外太空，毕竟地球实在是不堪一击啊。什么太空和平利用啊，都将是扯淡。
2反物质推进器：发射γ射线或介子，中微子的发动机
现在的火箭发动机主要分为固体和液体两种。都是利用化学原料燃烧来释放高速气体，利用反冲原理来推动火箭向前。反物质推进器也可以利用正反物质泯灭放出的粒子推动飞船。高速粒子从尾部发射以推动飞船前进。
总结：反物质武器武器出现的可能性将进一步迫使人类向外太空发展，不管是搜集资源还是拓展战场，都将是下一轮军事革命的重要组成部分。伴随着基因武器，太空武器，反物质武器，微型武器，定向能武器，以及地球物理武器的出现。战争形式将彻底改变，世界将重新洗牌......
