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回答说，“海水对你身体的表面施加一种摩擦力，如果你不摆动
你的尾巴和鳍，你就根本不能够运动。同样，由于水的压力随着
深度而改变，你要靠你身体的膨胀和收缩才能够往上浮和往下沉。
但是，如果水没有摩擦力和压力梯度，你就会像个用完火箭燃料
的宇航员那样无依无靠。我那个由带负质量的电子所形成的海洋
是完全没有摩擦力的，所以它就没法观察到了。只有缺少一个电
子的情况才能用物理仪器观察到，因为缺少一个负电荷就等于出
现一个正电荷，这种情形就连库仑也能注意到的。
“不过，在用普通的海洋来比喻我的电子海洋时，我们必须
指出两者之间有一个重要的差别，才不致被这个比喻带到太远的
地方去。问题在于，既然形成我的海洋的电子必须服从泡利原理，
所以，当所有可能的量子能级都被占满的时候，就无法再往这个
海洋里添加一个电子了。这样，一个多余的电子就不得不停留在
我的海洋的表面之上，因而很容易用实验把它辨认出来。电子是
汤姆孙首先发现的。不管是围绕原子核旋转的电子，还是通过真
空管飞行的电子，都是这种多余的电子。在1930年我发表第一篇
论文以前，我们以外的空间一直被认为是空虚的，当时人们相信，
只有那些偶然溢到零点能水平面以上的水花，才具有物理学上的
现实性。”
“但是，”海豚说，“既然你的海洋是连续的，又没有摩擦
力，因而无法观察到，那么，你谈论它又有什么意义呢？”
“好吧，”狄喇克说，“现在让我们假设，有某种外力迫使
一个带有负质量的电子从海洋深处升高到海面以上。在这种场合
下，可以观察到的电子就多了一个，人们大概会认为，这种情形
是违背了守恒定律的。不过，由于这个电子的离开，现在在海洋
中形成了一个可以观察到的空穴。”
“它就像海水中的气泡那样，”海豚指着从深海出现。正在
慢悠悠地漂向海面的一个气泡说：“就像那个？”
“正是，”狄喇克同意了，“在我的世界里，我们不但可以
看见从电子海洋中敲出的带有正能量的电子，并且还可以看见留
在真空中的空穴。这个空穴就是少了一点以前存在过的东西的结
果。举例来说，原来那个电子是带有一个负电荷的，而在一个均
匀分布的连续统中缺少了那个负电荷，就应该理解成在那里出现
了等量的正电荷；同时，在那里缺少了一个负质量也应该看做是
出现了一个正质量，这个质量的大小与原来那个电子相同，但却
取正值。换句话说，这个空穴的表现同一个完全正常的触摸得到
的粒子并没有什么两样。它的行为同电子一样，只不过它带的是
正电荷，而不是负电荷。正是因为这样，我们才把它叫做正电子。
这样一来，我们就看到了电子对的产生——在空间的同一点上同
时产生了一个电子和一个正电子。”
“这真是个优美的理论，”海豚评论说，“不过，事情真的
是这样吗……”
“下一张幻灯片。”教授那熟悉的命令式的声音打断了汤普
金斯先生的美梦，“我刚才说过，惟一能够探测到那种连续统的
办法，就是要设法把它扰动一下。如果你能在连续统中击出一个
空穴，那么，你就可以说：‘整个连续统是无所不在的，但是这
里是个例外。’女士们。先生们，这正好就是狄喇克所提出的建
议：请在空虚的空间里打个洞吧！现在这张图片可以告诉大家，
这件事已经做到了！
“这是一张气泡室的照片。我也许应该说明一下，气泡室是
一种粒子探测器，它有点像威尔孙云室，但是其内容却正好相反
（云室是在粒子经过的地方产生小水滴，而气泡室却是在粒子经
过的地方产生小气泡）。气泡室是美国物理学家格莱泽发明的，
他因此而获得1960年的诺贝尔物理学奖。据说，有一次他坐在酒
吧里，郁郁不乐地注视着他面前的啤酒瓶中冒起的气泡。他突然
想到，既然威尔孙可以通过气体中的液滴去研究粒子，那么，他
为什么不能通过液体中的气泡更好地对粒子进行研究呢？威尔孙
是使气体发生膨胀而使过饱和的水蒸气冷却凝成小水滴的，那么，
他为什么不能降低对液体的压力、使它变得过热而沸腾呢？而这
正是气泡室所起的作用：它用液体中的一串串气泡标志出带电亚
原子粒子的尾迹。
“这张特殊的幻灯片显示了两个电子－正电子对的产生。有
一个带电粒子进入了这张图的底部。它在大家看到的那个拐弯的
地方发生了一次相互作用。由于这次相互作用，不但那个带电粒
子离开原来的路径向右拐弯，而且还产生了一个中性粒子，后者
立即变成两束高能γ射线。你们既看不到这第二个粒子，也看不
到它所产生的γ射线，因为它们都是电中性的，不会留下一串气
泡。后来，每一束γ射线又各自产生一个电子－正电子对，那就
是图上端那两个Ｖ字形的径迹图形。请大家注意，那两个Ｖ字的
下端都指向原先相互作用的地点。
“大家还应该注意到，所有这些径迹都有规则地朝着这一侧
或那一侧弯曲。这是因为当时已经沿着我们视线的方向对整个气
泡室施加了强大的磁场。这个磁场使得照片中的带负电运动粒子
顺时针方向拐弯，而带正电粒子则逆时针方向拐弯。既然这样，
现在你们就应该能够辨认出每一对中的电子和正电子了。顺便说
一下，有些径迹之所以比另一些径迹弯得更厉害。是因为弯曲的
程度取决于粒子的动量：粒子的动量越小，其径迹的曲率便越大。
你们现在一定已经开始认识到，一张气泡室的照片充满了各种各
样的线索，它们可以指引我们怎样继续走下去！
“现在你们已经看见怎样才能在真空中打出一个洞，而且一
定想知道接下去会发生什么样的事……”
听到这个时候，汤普金斯先生并不觉得奇怪。他的思想已经
回到他自己也是一个电子的时候了，并且毛骨悚然地想起他怎么
闪避开那个好战的正电子。但是，教授还在继续往下讲：
……正电子的表现一直同正常的粒子没有什么两样，直到它
碰上一个普通的带负电的电子。这时电子会立即落入这个空穴并
把它填满，于是，连续统便恢复了原状，而电子和正电子（空穴）
都双双消失了，我们把这种事件叫做正电子与负电子互相湮没。
在它们结合时释放出的能量以光子的形态发射出去。
我刚才一直把电子说成从狄喇克海洋中溢出的东西，而把正
电子当做这个海洋中的空穴。但是，我们也可以把这种看法反过
来，把普通电子看做空穴，而让正电子扮演被溢出的粒子的角色。
不管是从物理学观点还是从数学观点来看，这两种图像都是绝对
等效的，无论选用哪一种图像，实际上并没有任何差别。
其实，电子并非独一无二地具有反粒子（我们称之为正电子）
的粒子。与质子相对，也有一种反质子。正像我们可以预料到的，
它的质量正好与质子相同，但却带有相反的电荷，换句话说，反
质子是带负电的。反质子可以看做是另一种连续统中的空穴。这
一次，这个连续统是由无穷多个带负质量的质子组成的。事实上，
所有各种粒子都有其反粒子，我们把后者统称为反物质。
现在有这样一个问题：“如果说在我们所居住的这一部分宇
宙，物质在数量上明显地占优势，那么，我们是不是应该设想在
宇宙的某个其他部分，情况会恰好反过来呢？”换句话说，从狄
喇克海洋中溢到我们周围的水花，是不是要靠某个什么地方缺少
这种粒子来作为抵偿？
这个极有意义的问题是很难回答的。事实上，由于由带负电
的原子核和围绕它转动的正电子所构成的原子，应该具有与普通
原子完全相同的光学性质，我们就没有办法靠任何光谱分析来解
决这个问题了。就我们目前所知道的情况而言，构成（比方说）
大仙女座星云的物质，就非常可能是属于这种颠倒型的，不过，
惟一能证明这一点的办法是把一块这样的物质拿到手，看看它在
同地面上的物质接触时究竟会不会发生湮没。当然罗，这将是一
种极其猛烈的爆炸！
事实上，最普通的办法是对互相碰撞的星系进行观察。如果
有个星系是由物质构成的，另一个星系是由反物质构成的，那么，
当一个星系的电子与另一个星系的正电子互相湮没时，所释放出
的能量将会大得极其惊人。但是观察结果告诉我们，没有任何证
据可以证明发生过这种事情。因此，比较保险的做法大概是假定
宇宙的所有物质几乎都只属于一种类型。如果不是这样的话，宇
宙中的星系就应该有一半是物质，另一半是反物质。
最近有人提出，可能在宇宙最开始的时候，物质和反物质的
数量是相等的。但是，后来在大爆炸发展的过程中，各种相互作
用有利于物质的存在，而不利于反物质。正是其后发生的这一系
列作用的结果，使得今天的宇宙出现不平衡的状况。不过，这种
看法目前只不过是一种假设性的臆测而已。
１５ 参观原子粉碎机
汤普金斯先生实在按捺不住他心中的兴奋：教授已经安排好
他的一部分学生去参观一所世界上第一流的高能物理实验室。他
们就要看到原子粉碎机了！
几星期前，他们每人都得到实验室发给的一本小册子。汤普
金斯先生已经认认真真地从头到尾读了一遍。他的头脑完全被弄
糊涂了：关于夸克、胶子、奇异性、能量变物质和大统一理论的
等等想法全搅和在一起，似乎能够解释一切事物，独独就是他搞
不清楚。
到达参观中心时，他们被带到一间候参室，没有等待多久，
他们的导游就勿匆忙忙地赶来了。这是一位二十五六岁、眼睛明
亮、看起来非常热情的女性，她对他们表示欢迎，并且自我介绍
说她是汉森博士，是实验室的一个研究小组的成员。
“在我们去看加速器以前，我想讲几句话，介绍一下我们这
里所做的工作。”
有个人犹犹豫豫地举起一只手。
“怎么啦？”汉森博士问道，“你有问题要问吗？”
“你刚才说‘加速器’。那么原子粉碎机呢？我们不能也去
看看它吗？”
导游稍稍露出一个怪相，“这正是我就要谈到的，加速器就
是报纸上把它叫做‘原子粉碎机’的那种机器。但是我们并不这
样叫它。那是一种误导。尽管如此，你要是仅仅想粉碎一个原子，
你就得把它的一些电子敲出来。这是很容易做到的事，——甚至
就连粉碎原子核，也是比较容易的——至少同我们这里所做的事
情相比是这样的。所以我们便把它叫做‘粒子加速器’。
“还有什么问题吗？请随便问好了……”她环顾了一下听众。
看到没有什么反应，她就继续说下去。
“那么，好的。我们的总目标是想认识物质的最小组成单元，
并且了解究竟是什么东西把它们结合在一起的。毫无疑问，你们
都知道物质是由分子组成的，分子由原子组成，而原子又由原子
核和电子组成。电子被看做是基本粒子，换句话说，它们不是由
更基本的