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极简宇宙史 第3章 反物质
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在地球整个历史的大多数时间里，它表面上的绝大多数都不为人类所知。今天我们可以借助人造卫星所拍摄的整个地球的照片来绘制全球地图，但仅仅近至几个世纪之前，只有欧洲、美洲和亚洲的小块土地被当地居民绘制过地图，从来没有人绘制过整个世界的地图。来自许多不同文明的勇敢无畏的探险家们因此不得不离开自己安逸的家园穿过狂风巨浪航行在海中，去探索在他们的家国之外是不是还有其他地方存在。一个接一个地，他们发现了遥远地方的大片从未被自己同伴踏足过的陆地。他们也发现了其他文明。被水域包围的小块岩石被命名为岛屿，大的，被命名为大陆。每一次这样的发现都扩展了人类的疆域，同时，也让我们的祖先进一步认识到一个很简单的事实：我们都生活在一个漂浮在巨大宇宙里的极其丰富多彩但又相当小的球体表面上。
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数十年过去了。
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经历了各种各样的暴力、贪婪和好奇，我们对地球有了更多的了解，未知世界逐渐从地平线外变成了头顶之上。太空成了每个人只要抬头看一眼就充满好奇的新谜团。但那里的距离大得无法想象。当我写这本书时，人造卫星已经飞到了离地球几亿公里外的地方，试图寻求存在于我们星球上的水的起源，或许还有生命构件本身起源的答案。探险已不再是将人类送往危险的航程中。机器人能够代替我们完成这个任务。但星际旅行所带来的兴奋正在上升，在二十一世纪，有没有可能我们身处地球，却依然当一个探险者？
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当然有这个可能。
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人们可以将目光对准海底，那里的环境对我们的技术（更不要说身体）是巨大的挑战，真正潜到大洋最深处的人比踏上月球的人还少。
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或者，人们可以走完全不同的另一条路：搞科学。
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虽然科学与驾驶帆船或宇宙飞船相比没那么拉风，但它可以带你去任何地方。从海底深处，到我们可见宇宙边缘。甚至更远。在阅读本书的过程中，或许你已经注意到，你的意识能够带你到达你的身体无法接近，以及从来没有人到过的地方。在深入研究空间与时间的本质，或者粒子与光的量子行为的过程里，没有两个读者在阅读本书时经历完全一样的旅程——没有人可以在各自大脑中看到完全一样的图像。通过在你的大脑里创建星系和虚拟光珠，你进入了理论研究的世界，一个没有限制与边界的世界。
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没有人能够事先知道朝着哪个方向航行，他们能够找到岛屿或大陆，必须经过许多探险家的失败，才能铺就通往伟大发现的道路。运气的确存在，但无法被依赖。以过去的发现为基础，是一条更可靠的捷径。科学也同样如此，反物质的发现，走的就是这条我们古老的祖先所走过的探索之路。人类中的一位天才以下面这个令人惊讶的事实打开了所有其他人的眼睛：构成我们的物质，构成我们行星、恒星以及星系本身的物质，只是所有物质的一半——他并不仅仅是依赖运气想出了这点。他是在别人在他之前已经盖好的大厦上加盖了一层。确切地说：依据爱因斯坦对于物体在非常高速度下运动时行为的研究，再结合以量子粒子们奇怪的行为。这个人就是保罗·狄拉克（Paul Dirac）。他创建了量子场理论，作为结果，他发现了反物质。狄拉克是英国科学家，并在一九三二年至一九六九年间担任英国剑桥大学卢卡斯数学教授，这是世界上最崇高的科学教授席位之一。艾萨克·牛顿在一六六九年到一七〇二年担任此职，该椅子上还坐过史蒂芬·霍金，从一九七九年直到二〇〇九年。
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那么反物质究竟是什么东西？
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你已经知道方程式E=mc2代表什么意思：质量能够转化成能量，同样，能量也能转化成质量。这是一个相当高的交换率。就像你在前一章中所见，能量能够从真空里，从场里借出一小会儿，创建出粒子。
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现在，回到缩微版的你。
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你仍然在被掏空的宇宙中，被真空包围——确切地说，被电磁场的真空包围。
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就在你的眼前，一个电子凭空出现。
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为什么它会出现？因为它可以。所以你看到一个电子出现了。噗！就这样。
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瞬息之前，除了真空，什么都没有。现在，有了一个电子，而电子带有质量。它凭空出现这一事实就意味着一些沉睡着的能量被转化成质量。那个E=mc2的公式在行动。很简单。
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但电子还带着电荷。这就带来一个问题：那个电荷是从哪儿来的？
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质量来自能量，质量与能量是等同的，因此从借来的能量中产生质量是一个平衡的过程，只是将一种形式的能量变换成另一种形式而已。但电荷完全就是另一码事了。电子出现后，也随之出现了一个负电荷。而在这之前，没有电荷；在这之后，有了一个电荷，这，显然，无论如何都是无法接受的。如同我在上一章结束时所提到的，你不能无中生有地创造出某样东西而不付出代价。这从来不会在现实生活中发生——我能听见你的叹息——至少这次，你会因为听到在量子世界里也同样如此而感到高兴。
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那么，我们怎么处理这个电荷？我们只能对此视而不见吗？
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我们不能那么做，因为这太重要了。宇宙中的每一个电子都带着一个电荷，其他许多基本粒子也都如此。
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那么这个电荷从哪里来？
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最简单的答案往往就是正确答案，这就是：一个电子从来不会被单独创造。它必须与另一个与它除了电荷之外一模一样的粒子一同被产生。那个粒子所带电荷是正的，它被称为“反电子”。
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我们是为了让所有被“无中生有”的电子–反电子对的电荷总和为零才设想出这个反电子概念。在这里我们不需要E=mc2或其他任何公式帮忙。这种现象并没有违反任何规则：在电子与反电子被创造出来以前，总电荷是零，之后依然是零。
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这就是保罗·狄拉克想出来的绝妙主意。
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这又怎样？你迷惑不解，可以理解。
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