研究了原子才發現我們理解宇宙存在殘缺，於是提出了一個新概念
1603年，德國天文學家拜爾在他的天體測量圖中描繪出了約2000顆恆星的具體位置。今天我們知道即使在我們的銀河系中也有超過1000億顆恆星。天文學家通過計算得出宇宙大概有1000億個星系，每個星系都有像銀河系那樣多的恆星，並不排除比銀河系中的恆星還要多，這樣保守估計宇宙中也有大約100萬億顆恆星。
千億顆恆星（圖片來源：cc362.com）
世間萬物都是由原子構成的，可是原子的尺度非常小，如果我們去看一顆糖果的內部世界，它就像是一個袖珍版的宇宙，在它的內部原子數比宇宙中的恆星還有多。糖果中的原子電性都完美的正負相抵。但是，每一個原子又都很不勻稱。如果從遺傳學的角度去探究恆星的話，那麼讓宇宙中的恆星都擁有雄性基因或許就是它的規律。
原子結構（圖片來源：視覺中國）
原子的動力來源於電，它是複合而成的，原子核（質子+中子）、電子構成了它，它們的組分帶有等量的正電荷和負電荷，在相互抵消或制衡的條件下，總體來說原子呈現出電中性，從而達到整體的平衡。其實在一些質量足夠大的恆星身上也是如此，其中普通的原子由於引力而被無情的擠壓。但是在原子中並不存在相稱的配對方式，每一個原子都有一團帶負電荷的電子云，繞著一個很小的帶正電的原子核轉動。
即使原子的電荷如此平衡，但它的質量分布卻很不均勻。絕大部分的質量都存在於那個帶正電的原子核的身上，佔了整個原子質量的99%。那麼在這個基礎上是不是可以去思考：我們這個世界絕大部分質量是帶正電的呢？我們拆解一個原子，既能得到正電，也能得到負電。可是如果去拆解我們這個世界就容易形成前者顯得特別重，後者顯得特別輕的格局。那麼若是在宇宙中，這種不平衡不就被反映出來了嗎？或者說，有沒有一個原子的質量是又負電主導的？1898年，物理學家舒斯特就提出了這樣的猜想：「如果存在一個帶負電且質量由佔優勢的東子的話，那麼為什麼不會有一個稱負電的金子？」
物理學家們稱確定性理論的方程是「優雅的」，說的就是這些方程既簡潔、對稱、自洽而且沒有任意性。如果這些方程能夠預言未來的一些事件會發生，那麼往往就會成真。這對理論科學家來說無非是最值得驕傲事。就好比在19世紀發現通電導體產生磁場，運動的磁體產生電流，在某種程度上，電和磁是彼此相關的雙重形式。在與麥克斯韋電磁理論方程組的對照中精確無疑。
1927年，英國物理學家狄拉克通過他的理論方預言了一個新的雙重性，同時強調了舒斯特當年的那個猜想。在狄拉克那個時期，物理學家們已經發現原子的就夠就像是一個微型的太陽系，與其不同的在於電子帶負電，質子帶正電。因此原子內電荷分布情況是外層是帶負電的電子云，中心是一個很小而帶正電的核，而且質子質量比電子質量重約2000倍，所以電子對原子質量的貢獻非常小。
狄拉克提出了他的新方程，對電子做了很好的描述。但同時他的方程要求一個電子必須有一個帶等量相反電荷的粒子與之對應存在。最初狄拉克認為他的方程足夠解釋他所認知的世界，甚至他認為那個帶著相反電荷的粒子就是質子。狄拉克方程的的對稱性就是宇宙的對稱性，這樣一來，我們的宇宙看起來如此的完美，可是怎麼可能存在一個粒子竟然是另一個粒子的2000多倍。於是狄拉克就意識到這種缺陷在他的方程中是不應該存在的，必然存在一個互補的電性對稱的新粒子。他稱其為：反粒子。在反粒子中，重量級的質子帶負電，輕量級的電子帶正電。
反粒子的提出也催促著物理學家們開始向這個領域投入精力，先後發現了眾多亞原子世界的新粒子，它們多數特性奇異，在普通原子中也發現不了任何蹤跡，他們的存在也只是在宇宙溫度達到100億度的那一瞬間，隨著宇宙溫度逐漸冷卻，它們也隨之與粒子中和而泯滅，形成了我們現在這種原子結構。想要讓這類粒子重生，就需提供足夠高的能量讓其達到宇宙創生的最初溫度。按照狄拉克的理論，這些粒子或許就是反粒子。
在今天先進科技的支持下，尋找反粒子成為了現實，2010年，美籍華裔物理學家丁肇中率先與其團隊將阿爾法磁譜儀送上太空，安裝在國際空間站，捕獲宇宙大爆炸殘留的反粒子。不過這猶如大海撈針，能否找到也全憑運氣了，時至今日一無所獲。
阿爾法磁譜儀（圖片來源：guancha.cn）
物理學家們雖然不知道在哪裡尋找反粒子，但他們已經掌握了如何製造反粒子的方法。早在1932年第一種反粒子就被發現——電子的反粒子。它質量很輕，帶有一個單位的正電荷，因此稱它為正電子。隨著實驗技術的不斷提高，越來越多的反粒子被發現，當然品種可不是那麼純正，而是實驗合成的，並不是宇宙創生時留下的。
反粒子的提出與發現或許重新讓我們認識宇宙，它並不是頭重腳輕，反而顯得尤為對稱，尤為和諧。
作者：Gordon Fraser
翻譯：單雲原文有增刪
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