我们怎么知道一个系外天体不是由反物质构成的？

非常好的问题，如果早提出 90 年，那么你的思想高度甚至和诺贝尔奖得主一样！

1933 年，诺贝尔物理学奖授予了薛定谔和狄拉克，以奖励他们发现的量子力学的基本方程，也就是薛定谔方程和狄拉克方程。我们知道，薛定谔方程是量子力学的基本方程，而狄拉克方程则来源于将量子力学和相对论结合的尝试。1928 年，英国物理学家保罗·狄拉克在研究氢原子能级分布时，考虑了有自旋角动量的电子在作高速运动时的相对论效应，写下了电子的量子理论方程式，这个方程就是后来的狄拉克方程。

对狄拉克方程求解，能够得到两个解，一个解对应正的能量，另一个解对应负的能量，这两个解绝对值相同，只有符号的差异。其中，能量为正的解对应着电子运动的能量。而负能量的解，则对应着反物质电子的运动。由于反物质电子和正物质电子电荷相反，所以呈现出负数的能量。

但是，按照狄拉克的理论，如果存在由反物质组成的原子，那么反物质原子中由反物质电子处在不同的运动轨道而带来的能级，以及能级之间的差异，应该和正物质一模一样。由于（反物质）原子中（反物质）电子在不同的能级间跃迁会吸收或释放特定能量的光，如果正反物质原子的能级一样，那么正反物质发出的光应该是一模一样的。也就是说，对于一个远处的观察者来说，如果他能通过“看”发现的星体，是无法判断这个星体是由正物质还是反物质组成的。

于是，狄拉克，在 1933 年他的诺贝尔奖颁奖礼演讲中，就曾讨论过这个想法，他在演讲中说：

“如果我们接受了正电荷与负电荷关于基本自然规律完全对称的观点，我们必须接受地球（以及整个太阳系）主要由负电子和正质子构成只是一个巧合。很可能有一些星体正好相反，是由正电子和负质子构成的。事实上，宇宙中这两类星体可能各占一半。这两类星体应该展现出完全相同的光谱，以至于我们现有的天文观测手段完全无法将它们区分开来。”

看！题主，狄拉克的想法是不是和你完全一致？

然而，这个想法有一个很容易被直观理解的缺陷，那就是，正反物质相遇会湮灭并释放大量能量，我们已知太阳系、银河系，乃至更广阔的宇宙结构都是由正物质构成的，如果在这样一个正物质宇宙中存在宏观反物质结构，那么正物质结构和反物质结构之间应该会有一个边界。在这个边界上，一定会有大量的正反物质粒子互相湮灭，持续释放出巨大的能量，这样大规模的能量释放甚至可以将夜空点亮。然而人类观测到的宇宙中并没有这样的边界存在。所以，可以判断，在人类可认知的宇宙中不存在宏观的反物质结构。

不过，科学家是严谨的，仅仅从逻辑上判断反物质不存在，不足以说服所有人。科学家需要实验证据。

以人类目前的科技水平，在宇宙间长距离的探索是不可能的，我们没办法亲自去遥远星空探测反物质，那我们怎么去观测宇宙深处的环境呢？幸运的是，虽然我们人类去不了宇宙深处，但是来自宇宙深处的粒子，是可以来到地球的。这些来自宇宙深处的信使就是宇宙线。

1995 年，华裔诺贝尔物理学奖得主丁肇中先生提出了在太空建立一个探测暗物质和反物质的粒子探测器的计划。1998 年，丁肇中先生带领的团队制造了第一版太空探测器，这个探测器就是第一代的阿尔法磁谱仪实验 AMS-01。同年，阿尔法磁谱仪被发现号航天飞机送上了太空。

阿尔法磁谱仪能够探测一些相对复杂的原子核和它们的反粒子。结构复杂的粒子只能在宏观的星体结构中产生。因此，如果有结构复杂的反物质粒子被探测到，那就说明在宇宙深处，存在反物质星体，或者宏观的反物质结构。