如果你从高处丢下一些反物质，它会下坠还是上升？“反物质”就像“普通物质”的另一面，当它与重力相互作用，人们也想知道它如何反应。最近，欧洲核子研究组织（CERN）的ALPHA实验“直接”观测证实了爱因斯坦理论预测：反物质像普通物质一样，也会因重力向下坠落，这表明物质、反物质都以类似方式对重力做出反应。

反物质（antimatter）由反粒子组成，质量与它们对应的普通粒子相同，但反粒子电荷特性就像照镜子一样左右颠倒，比如反电子具有正电荷，反质子具有负电荷。

当反物质遇到普通物质，2种粒子会发生湮灭，总质量转化为纯能量，也因此反物质无法在自然界找到，因为它们无可避免地立刻与自然界普通物质碰触并湮灭。

但科学家认为大爆炸后十亿分之一秒内曾存在大量反物质，因为新生宇宙非常热且密度无限，能量和质量几乎可互换，新粒子与反粒子不断被创造出来，只是最后普通物质赢了，于是宇宙再找不到反物质（除了放射衰变、宇宙射线等现象会产生稍纵即逝的少量反物质）。

出于某种一直困扰科学家的原因，几乎当前宇宙所有可观测物体都由过剩普通物质构成，包括恒星、行星、小行星、你和我。

宇宙所有可观测物体基本上都是由普通物质构成，宇宙几乎不存在反物质。（Source：pixabay）

“为何宇宙物质远多于反物质？”这问题也被称为重子生成（Baryogenesis），物理学家想解开这个谜团，首先需通过实验确定反物质各种特性，例如对重力的反应。

爱因斯坦（Albert Einstein）的广义相对论对所有物质一视同仁，因此若理论正确，则反物质对重力的反应应与普通物质一样。

有些物理学家会思考反物质被重力排斥的可能性，但多年来许多家接测量已证实爱因斯坦理论；而现在，CERN的ALPHA实验更以“直接观测”证实了预测：反氢（antihydrogen）在容器中也如自由落体般下坠。

该计划最早制定于2018年，当时ALPHA合作团队建造一个反氢原子的磁陷阱ALPHA-g，反物质粒子会悬浮然后落入陷阱，如果冷却的反氢逃离磁阱则进入垂直真空室，与腔室侧面或末端（即普通物质）接触便会被湮灭。

研究人员调整了磁场强度，结果发现当腔室两磁场保持平衡时，约80%反物质粒子会朝陷阱底部湮灭；或者说，是重力把它们带到那里。

这些观察证实了爱因斯坦广义相对论提出的弱等效原理，该原理认为所有惯性质量对重力的反应都相同，无论成分如何。

长远来看，终于证实这件事只是物理学家理解自然力与粒子物理学的一小步，也由于答案和广义相对论一致，因此并没有解开反物质稀缺的谜团，但能确定的是，我们再次确认爱因斯坦的理论通过考验，弱等效原理在物质和反物质身上依然成立。

当然，如果科学家发现的是反物质排斥重力“向上坠落”，就会变成另一个颠覆性重大新闻。

新论文发表在《自然》（Nature）期刊。

（首图来源：美国国家科学基金会）