1
00:00:15,081 --> 00:00:19,950
斯蒂芬.霍金的世界

2
00:00:31,631 --> 00:00:35,260
我们周遭的世界多采多姿

3
00:00:36,403 --> 00:00:42,399
不同的物质，不同的构造
它们如何会出现呢？

4
00:00:46,046 --> 00:00:49,880
我试图说明宇宙有一简单起始

5
00:00:50,050 --> 00:00:53,042
来自大爆炸的一个点

6
00:00:55,522 --> 00:01:00,926
问题在于，我们看到的东西
又如何从这而来？

7
00:01:02,695 --> 00:01:07,655
《万物同源》

8
00:01:09,436 --> 00:01:13,873
科学找到方法
来发现事物的起源

9
00:01:16,009 --> 00:01:23,609
我们宇宙学家像考古学家一般
试图重现宇宙的历史

10
00:01:30,256 --> 00:01:35,489
我们对宇宙久远前的风貌
有些线索

11
00:01:35,662 --> 00:01:41,931
运用这些线索
尽可能追溯它的历史及创始

12
00:01:44,771 --> 00:01:52,735
我们可以把所知宇宙的前线
回溯到非常非常接近原点

13
00:01:58,318 --> 00:02:02,186
在那个时候
宇宙的确是非常简单

14
00:02:02,655 --> 00:02:05,556
一个我们称为大爆炸的微点

15
00:02:05,725 --> 00:02:09,923
万物从巨大的能量爆发中迸现

16
00:02:13,766 --> 00:02:22,674
但它无法解释创造星系，恒星
地球，还有我们自身的炼金术

17
00:02:23,243 --> 00:02:30,581
产生这些是有形的物质
不是高热与爆炸的能量

18
00:02:30,783 --> 00:02:36,278
它无尽的多元性
建议创始并非简单的

19
00:02:36,523 --> 00:02:38,991
但如果大爆炸创造了一切

20
00:02:39,159 --> 00:02:45,189
宇宙中的每一项物质
必定演化自更原始的来源

21
00:02:49,135 --> 00:02:55,267
几百年前炼金术士认为他们可以
发现宇宙万物的创造方式

22
00:02:55,441 --> 00:02:58,410
他们称之为蜕变

23
00:02:59,445 --> 00:03:06,351
对炼金术士而言，炼金的过程
几乎与目标一样重要

24
00:03:09,455 --> 00:03:11,184
有的炼金术士会说

25
00:03:11,357 --> 00:03:14,918
如果我能在操作中
看到造物的秘密

26
00:03:15,094 --> 00:03:21,397
能在我的容器里
看到造物的秘密展现

27
00:03:21,568 --> 00:03:25,231
那就是最令人满足的事情

28
00:03:28,608 --> 00:03:32,908
住在这欧本庄园的人
叫做汤玛斯佟特七世

29
00:03:33,079 --> 00:03:37,243
他是最后一位炼金术士

30
00:03:44,857 --> 00:03:48,793
炼金术在寻求点石成金

31
00:03:50,196 --> 00:04:02,802
经过连串作业把一些基本物质
转变成最完美的物质：黄金

32
00:04:09,449 --> 00:04:14,751
炼金术士相信能量
可把一种物质转换成另一种

33
00:04:15,255 --> 00:04:21,421
经由四种基本元素的重新安排
宇宙万物都可以被创造出来

34
00:04:27,533 --> 00:04:32,903
炼金术士采用了
希腊的基本元素概念

35
00:04:33,072 --> 00:04:39,910
就是宇宙万物都由四种
基本元素：土，水，火，风所构成

36
00:04:41,114 --> 00:04:45,448
土被视为挡予万物形式
给予实体

37
00:04:46,085 --> 00:04:48,383
水就像一种普遍的溶剂

38
00:04:48,554 --> 00:04:58,452
它连接万物，川流不息
它溶解物体，火带来能量和光与热

39
00:04:58,631 --> 00:05:02,499
帮助创造了
万物皆有的内在生命之火

40
00:05:03,303 --> 00:05:07,569
风则提供了空间和运动

41
00:05:07,740 --> 00:05:12,507
是万物交流的中介

42
00:05:15,481 --> 00:05:18,006
炼金术士所遵循的原则是

43
00:05:18,184 --> 00:05:23,281
如果改变了元素间的平衡
改变了比例

44
00:05:23,456 --> 00:05:30,089
则会改变所得物体的本质

45
00:05:34,767 --> 00:05:36,200
炼金术士相信

46
00:05:36,369 --> 00:05:43,002
任何地表或天上的物体
都是由四种基本元素组合成的

47
00:05:44,610 --> 00:05:49,843
万物皆有共同起源的说法
倒是出奇的正确

48
00:05:50,383 --> 00:05:52,408
到了十七世纪末

49
00:05:52,585 --> 00:05:55,213
炼金术士的观点
过于倚赖神秘主义

50
00:05:55,388 --> 00:05:57,856
而难以令人相信

51
00:06:02,829 --> 00:06:05,320
十八世纪的汤玛斯佟特

52
00:06:05,498 --> 00:06:09,457
是一位太晚开始的炼金术士

53
00:06:09,635 --> 00:06:14,436
因为所谓现代科学的世界观
已在当时成为盛行

54
00:06:18,444 --> 00:06:23,677
这样的理性时代不要魔法
而要更多实验证据

55
00:06:23,916 --> 00:06:30,845
新生的科学家认为炼金术士
玩着神秘又危险的巫术

56
00:06:33,126 --> 00:06:37,563
这可能是佟特为何在家乡
声誉不佳的原因

57
00:06:37,730 --> 00:06:40,563
他被视为是一个巫师

58
00:06:42,235 --> 00:06:49,038
他的工作间在他死后
和所有的书与论文都被封锁

59
00:06:49,208 --> 00:06:54,145
但当地人为了避去
邪恶的影响

60
00:06:54,313 --> 00:06:59,649
要教区牧师开了门
把所有的书烧掉

61
00:07:03,523 --> 00:07:08,392
当牧师烧掉书的时候
一群鸟飞了出来

62
00:07:15,001 --> 00:07:20,029
新生科学家
并不同意炼金术士的作为

63
00:07:20,206 --> 00:07:28,306
但万物殊出同源
存在一种形成生命的基本物质

64
00:07:28,481 --> 00:07:32,850
以及物质结构可以重新安排的观点

65
00:07:33,019 --> 00:07:35,817
似乎与今日的科学关系重大

66
00:07:38,491 --> 00:07:43,895
神秘的信仰和对黄金的贪婪
并非科学的良好基础

67
00:07:44,130 --> 00:07:50,330
炼金术士对宇宙初始时
物质如何被创造并无太大兴趣

68
00:07:50,736 --> 00:07:57,574
但让各种物质
由本源发展产生蜕变的观念

69
00:07:57,743 --> 00:08:02,373
却巧合地建立了正确的方向

70
00:08:09,822 --> 00:08:14,282
炼金术士分析究物质的技术

71
00:08:14,460 --> 00:08:19,955
传给了更为理性的化学究

72
00:08:20,566 --> 00:08:25,503
十九世纪中
一个西伯利亚玻璃工厂内

73
00:08:25,671 --> 00:08:29,505
厂主人的孩子
对厂内的化学现象很感惊异

74
00:08:29,842 --> 00:08:32,436
这个孩子叫做曼德里夫

75
00:08:33,279 --> 00:08:35,770
曼德里夫在他的日记中写道

76
00:08:35,948 --> 00:08:40,009
对化学的第一印象
就在这座玻璃厂内

77
00:08:40,186 --> 00:08:44,054
看到玻璃如何形成

78
00:08:44,223 --> 00:08:51,186
看到添加不相干的盐
改变了玻璃的颜色

79
00:08:54,433 --> 00:08:58,961
工业革命-比如大量
制造玻璃的生产过程

80
00:08:59,138 --> 00:09:04,371
创造了了解
物体形成的实际需求

81
00:09:06,445 --> 00:09:07,969
新兴的化学家很快放弃了

82
00:09:08,147 --> 00:09:13,210
希腊人只有四种元素
土，水，火，风的想法

83
00:09:14,587 --> 00:09:21,049
在实验中将复杂的化学物质
化约成更为基本的部分

84
00:09:23,563 --> 00:09:25,861
这些较为单纯的部分
被称为元素

85
00:09:26,032 --> 00:09:31,197
元素是不可能再被分割的

86
00:09:35,374 --> 00:09:37,001
在曼德里夫的时代

87
00:09:37,176 --> 00:09:39,974
化学家认为有六十五种元素

88
00:09:40,146 --> 00:09:43,081
包括了气体，液体与固体

89
00:09:44,784 --> 00:09:47,480
他们认为
每一种元素有其独特的性质

90
00:09:47,653 --> 00:09:50,417
特性会表现在它们每个原子中

91
00:09:50,590 --> 00:09:53,855
原子一词
源自希腊文的不可切割

92
00:09:54,026 --> 00:09:58,258
原子是任何元素被分割
所能达到的最小部分

93
00:09:59,532 --> 00:10:02,763
原子被视为是最基本的

94
00:10:04,103 --> 00:10:09,405
但在曼德里夫掌握这些想法前
工厂失火了

95
00:10:09,842 --> 00:10:16,008
曼德里夫在玻璃厂
与化学有了第一次接触

96
00:10:19,819 --> 00:10:23,778
但工厂突然付之一炬

97
00:10:24,357 --> 00:10:30,387
他母亲的唯一希望
是让她最小的孩子受教育

98
00:10:31,497 --> 00:10:37,766
于是她风尘仆仆地
从西伯利亚中部带他到圣彼得堡

99
00:10:44,477 --> 00:10:49,437
年轻的曼德里夫与他的母亲
旅行一千四百英里横越俄国

100
00:10:49,615 --> 00:10:53,142
让他进入圣彼得堡大学

101
00:10:53,452 --> 00:10:58,219
几年之内
他成为俄国最负盛名的化学家

102
00:11:00,493 --> 00:11:08,093
当时科学家认为元素的不同
是因为其原子本质的差异

103
00:11:08,267 --> 00:11:13,170
当看到大量单一元素的重量
可与小量的另一种元素相同

104
00:11:13,339 --> 00:11:16,740
所以原子一定有不同重量

105
00:11:21,614 --> 00:11:27,883
曼德里夫怀疑元素的原子重量
可能有更深层的意义

106
00:11:28,187 --> 00:11:37,095
所以重要的是曼德里夫
对元素性质变化的联想

107
00:11:37,263 --> 00:11:46,171
从金属到非金属的特质变化
就在于原子重量的变化

108
00:11:46,338 --> 00:11:49,569
这是他的革命性的想法

109
00:12:11,464 --> 00:12:17,926
曼德里夫相信地球上所有元素
都有潜藏的秩序

110
00:12:26,212 --> 00:12:32,014
1869年的一个晚上
他把自己关在黑海畔的小屋内

111
00:12:32,184 --> 00:12:36,587
决心要发现物质的秘密模型

112
00:12:37,923 --> 00:12:41,256
曼德里夫非常喜欢接龙

113
00:12:41,427 --> 00:12:45,761
于是他把纸片当作纸牌

114
00:12:45,931 --> 00:12:52,530
在桌上排列着纸片
试着找出一种基本秩序

115
00:12:55,541 --> 00:13:04,245
凌晨时，以原子量递增
来排列的念头闪过他心里

116
00:13:07,219 --> 00:13:12,782
洗牌时，他越来越相信可以
设计出一种逻辑秩序

117
00:13:14,026 --> 00:13:18,292
氢有最轻的原子
所以就名列榜首

118
00:13:20,800 --> 00:13:25,396
他一直排到
当时所知最重的元素铀

119
00:13:25,571 --> 00:13:29,974
并把性质类似的元素分在一组

120
00:13:31,377 --> 00:13:33,242
在同一组中的元素

121
00:13:33,412 --> 00:13:39,009
相邻元素在原子量上的差异
几乎每次都一样

122
00:13:39,618 --> 00:13:41,142
当模式被打破时

123
00:13:41,320 --> 00:13:47,225
曼德里夫预测假以时日
会发现一种元素来填进空白

124
00:13:53,432 --> 00:13:59,166
曼德里夫对元素的排列
在俄国就叫做曼德里夫表

125
00:13:59,538 --> 00:14:02,974
我们则称其为周期表

126
00:14:21,594 --> 00:14:29,091
周期表首次提出
不同元素有着基本模式

127
00:14:33,772 --> 00:14:36,070
虽然当时没有人了解这点

128
00:14:36,242 --> 00:14:42,841
曼德里夫指出了
宇宙中所有物质的共同起源

129
00:14:46,852 --> 00:14:52,085
他的成果是
未来所有发展的基础

130
00:14:54,360 --> 00:14:55,019
这样说吧

131
00:14:55,194 --> 00:14:56,957
他提出了许多问题

132
00:14:57,129 --> 00:15:01,395
让一大堆科学家尝试去回答

133
00:15:02,701 --> 00:15:07,502
他以这种方式
刺激了元素演变观念的发展

134
00:15:07,673 --> 00:15:13,839
也就是物质起源观念的发展

135
00:15:14,246 --> 00:15:17,409
曼德里夫力促大家究铀

136
00:15:17,683 --> 00:15:21,141
但是他无法想像它的宇宙意义

137
00:15:21,387 --> 00:15:30,295
会领我们找到原子的内部秘密
以及宇宙万物的可能源头

138
00:15:33,198 --> 00:15:37,225
舞台已为粒子物理的诞生

139
00:15:37,403 --> 00:15:44,366
和法国科学家玛丽居礼的
放射性先驱究架好了

140
00:15:46,378 --> 00:15:51,577
我是艾莲娜与
费德里克裘利特居礼的女儿

141
00:15:51,750 --> 00:15:56,346
皮耶与玛丽居礼的孙女

142
00:16:02,394 --> 00:16:08,094
1897年，玛丽史克罗多斯嘉
是一个在巴黎读书的波兰学生

143
00:16:08,267 --> 00:16:11,668
她认识了著名物理学家
皮耶居礼，并结为连理

144
00:16:18,243 --> 00:16:23,146
那个时候
她想找博士论文的究目标

145
00:16:26,919 --> 00:16:33,757
就在几个月前，法国科学家
亨利白克瑞尔有了非凡的发现

146
00:16:36,161 --> 00:16:40,325
白克瑞尔把铀放在感光板上

147
00:16:45,904 --> 00:16:50,739
以厚纸包裹这块板
不让光线穿过

148
00:16:54,046 --> 00:16:57,447
他将铀与感光板放在抽屉里

149
00:17:01,253 --> 00:17:05,747
三天后让感光板显像
并做进一步检查

150
00:17:05,924 --> 00:17:09,587
他发现它被神秘地感光了

151
00:17:10,362 --> 00:17:15,163
他的结论是：铀必定放射出
某些看不到的幅射线

152
00:17:15,334 --> 00:17:19,430
让感光板模糊

153
00:17:23,709 --> 00:17:26,735
十九世纪的科学家
与炼金术士不同

154
00:17:26,912 --> 00:17:32,316
他们相信元素无法被根本地改变

155
00:17:32,751 --> 00:17:37,654
但是白克瑞尔的发现
与这个基本假设抵触

156
00:17:40,025 --> 00:17:43,256
铀并未与其他化学物质互动

157
00:17:43,429 --> 00:17:48,457
然而它自己放射出一种
新而不可见的能量

158
00:17:51,603 --> 00:17:57,200
根据白克瑞尔的发现
居礼夫人找到了论文主题

159
00:18:00,512 --> 00:18:06,007
她决定尝试找出
测量铀幅射线能量的方法

160
00:18:06,185 --> 00:18:11,088
白克瑞尔已经证明
铀能在空气传导电流

161
00:18:11,256 --> 00:18:15,556
不过所传电流强度小于一安培

162
00:18:16,728 --> 00:18:23,566
大约是十的负十一次方那么小

163
00:18:23,735 --> 00:18:29,435
想了解什么叫十的负十一次方

164
00:18:29,608 --> 00:18:32,475
拿个数字以十一直除下去

165
00:18:32,644 --> 00:18:40,107
你就知道就不是
能用一般仪器测量的东西

166
00:18:40,285 --> 00:18:43,118
必须造一种特殊的仪器

167
00:18:44,790 --> 00:18:46,690
她于是这么做了

168
00:18:48,527 --> 00:18:50,427
在这项仪器的一端

169
00:18:50,596 --> 00:18:57,229
居礼让铀样本的射线
带着它能承载最大的电流

170
00:18:57,402 --> 00:19:00,269
由一片金属板到另一片去

171
00:19:02,474 --> 00:19:06,342
在另一端
对一块特殊的水晶加压

172
00:19:06,512 --> 00:19:11,211
利用重量来
产生一股可被测量的电流

173
00:19:13,118 --> 00:19:17,316
重量越大，电流就会越强

174
00:19:23,595 --> 00:19:25,859
如果指针为零

175
00:19:26,031 --> 00:19:33,130
居礼就知道从铀来的电流
跟她用重量制造的电流相符

176
00:19:34,239 --> 00:19:39,006
她成功的计算了来自铀的能量

177
00:19:41,280 --> 00:19:43,373
是一安培的千亿分之一

178
00:19:43,549 --> 00:19:47,076
这是非凡的成就

179
00:19:48,754 --> 00:19:51,348
居礼夫妇接着想要知道

180
00:19:51,523 --> 00:19:55,186
是否有其他东西会像铀一样
放射出类似能量的射线

181
00:19:55,360 --> 00:20:02,391
他们决定测试沥青
用来提炼铀的天然物质

182
00:20:07,339 --> 00:20:13,300
希望不去精炼它能使它
放射比纯铀小上许多的电流

183
00:20:13,779 --> 00:20:16,407
他们的发现让他们大吃一惊

184
00:20:16,582 --> 00:20:20,916
结果是这股电流要高上许多

185
00:20:21,086 --> 00:20:27,548
至少比同等的铀高四倍

186
00:20:27,726 --> 00:20:29,660
这实在令人难以置信

187
00:20:29,828 --> 00:20:43,606
因为沥青铀的杂质或其他元素
没有任何相同性质的迹象

188
00:20:43,875 --> 00:20:46,969
居礼夫妇区分了
沥青铀里的化学物质

189
00:20:47,145 --> 00:20:54,381
最后发现那较大的电流
源自两种新元素

190
00:20:54,853 --> 00:20:57,321
居礼夫妇把第一个
命名为钋(poIonium)

191
00:20:57,489 --> 00:21:00,458
用来纪念居礼夫人的家乡波兰

192
00:21:06,164 --> 00:21:09,031
他们把第二个元素称为镭

193
00:21:13,805 --> 00:21:15,966
在这项发现之前

194
00:21:16,642 --> 00:21:23,377
居礼夫妇曾经讨论过
新元素可能有的物理性质

195
00:21:26,051 --> 00:21:30,647
皮耶居礼曾说
我希望它有美丽的颜色

196
00:21:30,956 --> 00:21:44,131
他们发现足够的镭所放射的光
不仅是美丽的色彩而已

197
00:21:45,871 --> 00:21:52,606
所以有时他们在傍晚回来
只为了看看镭光

198
00:21:52,778 --> 00:21:55,941
而且看上一整晚

199
00:21:56,381 --> 00:21:58,542
那并不是件好事情

200
00:22:02,454 --> 00:22:07,221
镭的放射性非常高
而且十分危险

201
00:22:13,799 --> 00:22:16,859
居礼夫人最后死于血癌

202
00:22:17,035 --> 00:22:21,438
正是她衈露于放射线的结果

203
00:22:25,143 --> 00:22:31,013
但在居礼夫妇设法测量
这些元素发出的放射线时

204
00:22:31,183 --> 00:22:37,588
他们无法对放射线
有再进一步的了解

205
00:22:38,123 --> 00:22:43,789
这要留给年轻的纽西兰科学家
厄尼斯特拉塞福

206
00:23:07,853 --> 00:23:13,814
1899年拉塞福
在同伴萨迪的协助下

207
00:23:13,992 --> 00:23:16,552
着手了解镭发出射线这回事

208
00:23:17,562 --> 00:23:20,827
他们设计一套物理实验

209
00:23:20,999 --> 00:23:33,776
以测量两点间放射性减低的比率
来发现源自镭的放射性本质

210
00:23:34,413 --> 00:23:36,904
如果这放射性物质是气态的镭

211
00:23:37,082 --> 00:23:39,880
它应该有近似于镭的原子量

212
00:23:40,051 --> 00:23:43,145
但结果却是大不相同

213
00:23:43,555 --> 00:23:48,788
这放射性物质不可能是气态镭

214
00:23:48,960 --> 00:23:52,259
比方说，不像水银的蒸发

215
00:23:52,431 --> 00:23:55,662
因此它应该是某种不同的东西

216
00:23:55,834 --> 00:24:05,835
唯一合理的解释就是
不知怎地镭创造了另一种元素

217
00:24:06,011 --> 00:24:12,041
它不是气态的镭
而是原子量完全不同的元素

218
00:24:16,521 --> 00:24:24,053
拉塞福与萨迪发现了
炼金术士对蜕变的梦想

219
00:24:24,429 --> 00:24:27,990
元素自然地转换成另外一种

220
00:24:28,166 --> 00:24:31,101
而在此过程中释放出能量

221
00:24:32,037 --> 00:24:34,767
如果一种元素
可以由另一种元素自然产生

222
00:24:34,940 --> 00:24:40,435
或许宇宙里多样的万物
也是由单一的根源发展而来

223
00:24:40,612 --> 00:24:45,447
但为何过程中会释放能量呢？

224
00:24:49,387 --> 00:24:52,788
答案出人意表的近在眼前

225
00:24:53,658 --> 00:24:57,321
1905年一位德国科学家

226
00:24:57,496 --> 00:25:01,489
在他的狭义相对论中
发表了惊人的方程式

227
00:25:01,666 --> 00:25:03,327
他就是爱因斯坦

228
00:25:03,502 --> 00:25:07,802
这方程式则是E=mc2

229
00:25:09,875 --> 00:25:13,436
宇宙学与天文物理学中
的重要问题之一

230
00:25:13,612 --> 00:25:18,049
是宇宙中如何出现化学元素的

231
00:25:19,484 --> 00:25:24,251
一时间看不出E=mc2
如何能帮得上忙

232
00:25:24,422 --> 00:25:27,016
它的预测似乎有点怪异

233
00:25:27,192 --> 00:25:35,361
显然建议像光与热之类的物质
不过是能量的另一种展现

234
00:25:39,838 --> 00:25:43,239
所以能量从未真正流失或得到

235
00:25:43,408 --> 00:25:47,071
它只是从一种型态
转换到另一种而已

236
00:25:48,146 --> 00:25:53,709
狭义相对论并无法证明
物质可以完全转换成能量

237
00:25:53,885 --> 00:25:56,854
但爱因斯坦在概念上跃前一步

238
00:25:57,022 --> 00:25:59,456
推断就是实际的真相

239
00:26:02,427 --> 00:26:04,452
根据爱因斯坦的方程式

240
00:26:04,629 --> 00:26:09,464
物质有点像是电池
一种储存能量的型式

241
00:26:09,634 --> 00:26:11,534
但这能够被证明吗？

242
00:26:11,703 --> 00:26:17,335
如果可以被证明
能帮助解释宇宙万物的起源吗？

243
00:26:19,377 --> 00:26:23,814
拉塞福决意更进一步
探索原子的核心

244
00:26:26,685 --> 00:26:29,848
我们需要发现原子的内在机制

245
00:26:30,021 --> 00:26:35,687
如果要了解物质如何
在宇宙之初产生

246
00:26:36,394 --> 00:26:40,728
我必须用理论来探讨这个问题

247
00:26:41,333 --> 00:26:44,962
但拉塞福是个
彻头彻尾的实验主义者

248
00:26:45,704 --> 00:26:49,003
他搜集了一些老旧的管线

249
00:26:49,174 --> 00:26:52,507
建了一台机器来分离原子

250
00:27:02,520 --> 00:27:06,650
六十年后
一位拉塞福的美国门徒

251
00:27:07,058 --> 00:27:10,186
根据粒子物理学的真正传统

252
00:27:10,362 --> 00:27:11,693
我在废弃场闲晃

253
00:27:11,863 --> 00:27:20,669
搜集大家扔掉不要，但对我
非常重要的金属与电子零件

254
00:27:22,974 --> 00:27:24,236
在田纳西州的孟菲斯

255
00:27:24,409 --> 00:27:30,314
二十岁的佛瑞德尼尔搜寻着
废弃物来重建拉塞福的实验

256
00:27:30,415 --> 00:27:34,852
他用了当时刚发现的元素镭

257
00:27:35,020 --> 00:27:41,482
并利用他从许多地方找来的
金属罐，玻璃管及大量的电线

258
00:27:41,660 --> 00:27:46,222
还有各式各样的电子零件

259
00:27:51,703 --> 00:27:55,764
大部分的废弃场买车来压碎

260
00:27:57,075 --> 00:28:04,743
这个废弃场则是特别
从美军基地购买的废弃物

261
00:28:06,484 --> 00:28:11,251
它们有二次大战的
电子零件，飞机

262
00:28:11,423 --> 00:28:13,152
什么都有

263
00:28:17,996 --> 00:28:24,333
从螺丝钉到战舰应有尽有

264
00:28:26,805 --> 00:28:28,295
这件老东西要多少钱？

265
00:28:31,409 --> 00:28:33,206
拉塞福的关键实验之一

266
00:28:33,378 --> 00:28:38,645
是检查镭的放射线中
他所知道的粒子

267
00:28:42,587 --> 00:28:47,456
拉塞福知道这些粒子
以某种特定速度从镭放射

268
00:28:51,229 --> 00:28:57,134
所以他以镭所放射出的粒子
瞄准喔片金箔

269
00:28:58,536 --> 00:29:03,269
他发现有些粒子
是从金箔上反弹而出

270
00:29:05,376 --> 00:29:07,173
拉塞福说

271
00:29:07,345 --> 00:29:11,543
这就像以一张面纸
来弹射十五寸的炮弹

272
00:29:11,716 --> 00:29:13,877
却被它弹回来打到自己

273
00:29:14,986 --> 00:29:18,786
这意谓着原子内
有某种巨大的力量

274
00:29:21,359 --> 00:29:26,888
发现了这种力量，拉塞福
完成了他对原子的理论图像

275
00:29:27,832 --> 00:29:30,300
接着他决定要克服这种力量

276
00:29:30,468 --> 00:29:34,268
击碎原子，究原子的内部

277
00:29:37,375 --> 00:29:39,969
佛瑞德尼尔
小心翼翼地追随拉塞福的脚步

278
00:29:40,145 --> 00:29:42,136
建造了自己的原子击碎机

279
00:29:42,714 --> 00:29:45,740
并着手用安全的方法制造粒子

280
00:29:45,917 --> 00:29:50,286
而不必依赖危险的镭辐射

281
00:29:55,860 --> 00:29:58,260
我的机器就像拉塞福的

282
00:29:58,429 --> 00:30:05,460
利用电来加热一片金属
模拟来自于镭的辐射

283
00:30:07,238 --> 00:30:12,505
为了让它们移动，我利用静电

284
00:30:12,944 --> 00:30:19,577
库仑证明带电粒子会正负相吸

285
00:30:19,751 --> 00:30:24,984
我所做的便是像电池一样
累积许多电量

286
00:30:25,156 --> 00:30:30,526
把管子连接在电池的两极

287
00:30:30,695 --> 00:30:32,720
就可以让粒子运动

288
00:30:32,897 --> 00:30:34,865
它们会撞击一个在这里的目标

289
00:30:35,033 --> 00:30:40,596
但在通往目标的旅程中
不能受到阻碍

290
00:30:40,839 --> 00:30:44,570
所以要抽出一切
可能让粒子减速的东西

291
00:30:44,742 --> 00:30:49,042
我必须用这个真空唧筒
把空气全部抽出

292
00:30:51,716 --> 00:30:53,308
就像这样…

293
00:30:53,718 --> 00:30:57,176
现在所看到的
就是粒子与空气的互动

294
00:30:57,355 --> 00:30:59,619
表示我还没抽出
足够的空气

295
00:31:00,925 --> 00:31:04,725
等我抽出了所有空气之后

296
00:31:04,896 --> 00:31:09,026
粒子开始不受阻碍的以直线奔向目标

297
00:31:10,335 --> 00:31:11,927
现在里面已经没有其他东西了

298
00:31:12,103 --> 00:31:17,769
只有尼尔发射的粒子
和它们在目标击碎的粒子

299
00:31:18,576 --> 00:31:22,342
可以利用这样的管子
来侦测粒子

300
00:31:24,949 --> 00:31:27,782
我只汲取来自目标的粒子

301
00:31:27,952 --> 00:31:29,385
因为里面没有其他东西

302
00:31:29,554 --> 00:31:34,287
里面只有来自合成镭的辐射

303
00:31:34,459 --> 00:31:37,019
和来自目标的粒子

304
00:31:38,029 --> 00:31:40,827
但佛瑞德尼尔的盖氏计数器
所纪录的粒子质量

305
00:31:40,999 --> 00:31:44,594
只有他输入粒子的四分之一

306
00:31:45,470 --> 00:31:49,236
和之前的拉塞福一样
他分裂了原子

307
00:31:53,678 --> 00:31:54,702
希腊哲学家说

308
00:31:54,879 --> 00:31:59,578
原子是构成万物
之不可分割的原料

309
00:32:00,118 --> 00:32:03,417
拉塞福发现这是错的

310
00:32:03,588 --> 00:32:06,056
原子有它本身的构成体

311
00:32:06,391 --> 00:32:14,765
他发现被束缚在核心的电荷中
拥有某种巨大的能量

312
00:32:14,933 --> 00:32:19,666
以往不知道的就是这些粒子

313
00:32:19,837 --> 00:32:26,174
原子是由众多以前未见过的
奇怪德微粒所组成

314
00:32:29,781 --> 00:32:31,248
科学家很快就发现

315
00:32:31,416 --> 00:32:36,581
如果他们增加粒子的速度
就可以将原子分裂

316
00:32:36,754 --> 00:32:39,848
变成更多越来越小的碎片

317
00:32:41,359 --> 00:32:44,351
证据来自于粒子

318
00:32:44,529 --> 00:32:48,090
加速器揭露了
次原子物理学的新世界

319
00:32:48,266 --> 00:32:55,172
爱因斯坦著名的方程式
E=mc2的完整意义

320
00:32:55,340 --> 00:32:57,467
现在开始受到了解

321
00:32:57,775 --> 00:33:01,233
物质与能量是可以互换的

322
00:33:02,347 --> 00:33:08,513
粒子碰撞时释放的能量越多
粒子的质量就减少的越多

323
00:33:08,686 --> 00:33:10,950
这似乎证明了爱因斯坦是对的

324
00:33:11,656 --> 00:33:16,593
但是名叫保罗戴拉克的理论家
从数学里得到不同的想法

325
00:33:17,128 --> 00:33:21,861
戴拉克拥有剑里大学
卢卡逊数学教授的位子

326
00:33:22,033 --> 00:33:23,500
牛顿也一度担任过这个职位

327
00:33:23,668 --> 00:33:26,228
现在则是史蒂芬霍金

328
00:33:29,774 --> 00:33:33,210
戴拉克做了一项难以置信的预言

329
00:33:33,378 --> 00:33:36,108
他论证如果爱因斯坦的理论正确

330
00:33:36,280 --> 00:33:38,771
能量不仅会产生物质

331
00:33:39,250 --> 00:33:44,984
它同时会产生一个
完全相反的完美镜像：反物质

332
00:33:45,556 --> 00:33:48,855
就像粒子组合起来形成物质

333
00:33:49,027 --> 00:33:53,020
镜像反粒子组合起来形成反物质

334
00:33:53,431 --> 00:33:57,663
反物质有一些奇特的性质

335
00:33:59,170 --> 00:34:01,104
反物质所有的特殊性质

336
00:34:01,272 --> 00:34:05,299
就是可以与物质完全灭
来形成能量

337
00:34:06,477 --> 00:34:10,004
仅当物质与反物质相互作用时

338
00:34:10,181 --> 00:34:17,553
所有的质量可以完全灭
而留下纯粹的能量

339
00:34:29,367 --> 00:34:33,633
起先，反物质只是套数学理论

340
00:34:34,305 --> 00:34:37,365
似乎违反常识

341
00:34:37,575 --> 00:34:42,012
我们毕竟生活在一个物质世界

342
00:34:48,653 --> 00:34:51,144
思考物质与反物质的一种方式

343
00:34:51,322 --> 00:34:56,692
就是想像两个互为镜像的世界

344
00:35:00,364 --> 00:35:02,764
问题是：什么是反物质？

345
00:35:02,934 --> 00:35:06,233
听起来像科幻小说
听起来是异想天开

346
00:35:06,404 --> 00:35:12,570
其实反物质有非常枯燥的一面
也有非常刺激的一面

347
00:35:12,743 --> 00:35:14,438
从枯燥的一面开始谈吧

348
00:35:14,846 --> 00:35:18,543
反物质非常像物质

349
00:35:18,716 --> 00:35:21,116
它基本上跟物质是一样的东西

350
00:35:21,285 --> 00:35:26,245
反物质不会被重力所斥
它就像物质一样为重力所吸引

351
00:35:26,424 --> 00:35:30,690
物质与反物质间的主要差别
在于电荷的正负

352
00:35:30,862 --> 00:35:34,161
比如一个电子物质粒子

353
00:35:34,332 --> 00:35:40,100
它的反物质粒子
就是带正电的正电子

354
00:35:40,271 --> 00:35:46,642
对每一个物质粒子来说
都有一个带相反电荷的反物质

355
00:35:50,181 --> 00:35:55,983
最刺激的地方
是在当物质与反物质相遇

356
00:35:56,154 --> 00:35:57,781
他们一起消失

357
00:35:59,790 --> 00:36:02,088
变成一种新的东西

358
00:36:02,260 --> 00:36:04,194
变成一种它们先前相异的东西

359
00:36:04,362 --> 00:36:07,854
变成纯粹的能量

360
00:36:12,670 --> 00:36:14,194
最棒的结论之一

361
00:36:14,372 --> 00:36:18,866
物质与反物质
蜕变成能量的整个过程里

362
00:36:19,043 --> 00:36:24,106
就是也可以从能量
来制造物质与反物质

363
00:36:24,582 --> 00:36:26,777
这个过程是完全可逆的

364
00:36:26,951 --> 00:36:28,851
两面都可行

365
00:36:34,091 --> 00:36:39,427
所以至少就理论而言
能量能产生物质与反物质

366
00:36:39,597 --> 00:36:45,331
但是，它们会不会瞬间相遇
又灭成能量吗？

367
00:36:47,572 --> 00:36:53,511
似乎可能有由反物质
构成完整的反世界与反人类

368
00:36:53,678 --> 00:36:55,771
如果遇到了你的反物质对手

369
00:36:55,947 --> 00:36:58,745
不要亲吻或握手

370
00:36:59,016 --> 00:37:03,350
不然可能会在一阵强光下
同时消失无踪

371
00:37:05,289 --> 00:37:12,695
大爆炸时是否发生了
能量变成物质与反物质的逆转过程？

372
00:37:13,431 --> 00:37:17,561
这就是宇宙万物的来源吗？

373
00:37:18,469 --> 00:37:21,597
戴拉克的理论必须被验证

374
00:37:21,772 --> 00:37:24,240
反物质一定要被找出来

375
00:37:24,408 --> 00:37:29,505
即使是它跟物质互鏨前的一刻

376
00:37:33,918 --> 00:37:36,682
就在戴拉克提出反物质后不久

377
00:37:36,854 --> 00:37:41,120
科学家开始观测到
来自太空奇特的新射线

378
00:37:41,292 --> 00:37:43,226
一种宇宙射线

379
00:37:43,394 --> 00:37:48,195
或许这些射线
会揭露捉摸不定的反物质

380
00:37:49,867 --> 00:37:53,394
他们尽可能攀至较高的山顶

381
00:37:53,571 --> 00:37:57,735
以在宇宙射线
跟大气相互作用之前观测到

382
00:38:02,346 --> 00:38:06,043
宇宙射线来自
我们所知的星系各处

383
00:38:06,217 --> 00:38:10,711
他们认为射线来自
银河系外的其他星系

384
00:38:10,888 --> 00:38:14,346
我们不确定它们来自
多大范围的宇宙

385
00:38:22,433 --> 00:38:30,169
科学家运用雾室来观察
物质与反物质间镜像的差异

386
00:38:30,341 --> 00:38:34,209
它像一种借由运动
来显现粒子的陷阱

387
00:38:35,613 --> 00:38:39,310
所谓的雾室
只需有可以透视的东西

388
00:38:39,850 --> 00:38:43,513
再有像酒精类
易于蒸发的东西

389
00:38:44,855 --> 00:38:47,289
把酒精放在干冰上
让它的底部非常冷

390
00:38:47,458 --> 00:38:51,360
之后变得极端饱和
做好形成云雾的准备了

391
00:38:51,529 --> 00:38:58,731
每当粒子穿过
就形成某种水滴的轨迹

392
00:39:02,640 --> 00:39:08,579
这与飞机飞过天空时
所看到飞机后的水汽痕迹一样

393
00:39:08,746 --> 00:39:11,180
这些是非常短暂的痕迹

394
00:39:17,955 --> 00:39:21,721
由宇宙射线或
放射性粒子所造成

395
00:39:21,892 --> 00:39:26,591
形成后的小水滴
因为重力掉落云室底部

396
00:39:26,764 --> 00:39:30,723
就像一缕烟经过的痕迹

397
00:39:32,770 --> 00:39:39,175
在很高的山顶，每秒每平方公分
约可看到一条宇宙射线

398
00:39:40,010 --> 00:39:42,774
在接近海平面的地方
可见的就少上许多

399
00:39:42,947 --> 00:39:44,778
也许每分钟看到几条

400
00:39:47,451 --> 00:39:51,785
1932年，美国物理学家
卡尔安德森

401
00:39:51,956 --> 00:39:54,322
在磁铁间设了一个雾室

402
00:39:54,492 --> 00:39:57,154
用来偏转粒子的路线

403
00:39:57,328 --> 00:40:00,593
如果它往某一边偏转
一定带有正电

404
00:40:00,765 --> 00:40:03,598
往另一边则表示带负电

405
00:40:03,768 --> 00:40:08,899
这点又意谓
知道了粒子是来自上面或下面

406
00:40:09,407 --> 00:40:14,640
他放了一片铅板越过雾室
使高能的粒子减速

407
00:40:15,012 --> 00:40:16,309
我们看到经过的轨迹

408
00:40:16,480 --> 00:40:19,176
但并不知道它是从上面来
还是从下面来

409
00:40:19,350 --> 00:40:21,181
因为这是一个磁场
粒子的路线会偏向

410
00:40:21,352 --> 00:40:23,445
于是在中间放了这块板

411
00:40:23,788 --> 00:40:28,054
可由曲度来看出
它是弯曲太陡而丧失能量

412
00:40:28,225 --> 00:40:32,821
所以磁场在它能量低时
影响它更大

413
00:40:34,298 --> 00:40:38,428
安德森最后观察到
戴拉克所预测过的

414
00:40:38,803 --> 00:40:42,170
在轨迹中位于铅板上方

415
00:40:42,339 --> 00:40:45,570
较慢的那半段粒子
必然来自下方

416
00:40:45,910 --> 00:40:49,368
它是已知粒子的镜像

417
00:40:49,547 --> 00:40:53,244
它必定是另一半相对的反粒子

418
00:40:53,484 --> 00:40:55,748
反物质是存在的

419
00:40:55,920 --> 00:40:59,356
当安德森看到最初的轨迹时
实在是非常令人振奋

420
00:40:59,523 --> 00:41:00,820
让人为之疯狂

421
00:41:00,991 --> 00:41:04,324
因为之前从来没人看过反物质

422
00:41:04,495 --> 00:41:05,985
也没有它存在的证据

423
00:41:06,163 --> 00:41:10,065
同时是所见过的粒子中
第一个不是来自原子的粒子

424
00:41:10,234 --> 00:41:15,729
尽管戴拉克预言了
必然有与电子相反的粒子存在

425
00:41:15,906 --> 00:41:20,366
直到他们真的掌握了轨迹之前
无人相信或认为这是可能的

426
00:41:30,187 --> 00:41:35,648
今日现代的粒子加速器
可以创造反物质与物质

427
00:41:35,826 --> 00:41:39,262
以此制造创生的神奇景像

428
00:41:51,976 --> 00:41:54,240
也许你们认为
这是一种美丽的艺术

429
00:41:54,411 --> 00:41:55,537
在某种意味上它是艺术

430
00:41:55,713 --> 00:41:58,773
是物理学家创造出的艺术

431
00:41:59,650 --> 00:42:04,144
你看到的是
一张瞬间影像大相片

432
00:42:04,321 --> 00:42:09,088
这些浓密的粒子
在粒子加速器内部创造与毁灭

433
00:42:09,260 --> 00:42:11,023
可能看来像杰克森卜洛克的画

434
00:42:11,195 --> 00:42:19,068
但实际上是电脑
对侦测器内粒子碰撞的放大照片

435
00:42:20,437 --> 00:42:23,235
每个粒子诉说着一个故事

436
00:42:23,407 --> 00:42:28,709
或者是宇宙
很久很久以前的可能真相

437
00:42:31,115 --> 00:42:36,052
这些照片显示了
无数物质与反物质粒子的碰撞

438
00:42:37,154 --> 00:42:38,621
里面所隐藏的解答

439
00:42:38,789 --> 00:42:44,591
是大爆炸里的纯能量
如何创造了物质

440
00:42:45,329 --> 00:42:50,323
这里有你在侦测器内看到的详细情形

441
00:42:50,501 --> 00:42:58,067
小小霹雳里由能量
创造出物质与反物质的碎片

442
00:42:58,709 --> 00:42:59,971
这是一个光子

443
00:43:00,144 --> 00:43:03,409
光子是不留痕迹的一小束能量

444
00:43:03,581 --> 00:43:06,049
因为它不带电

445
00:43:06,216 --> 00:43:09,413
它移到上面这里
与一个粒子碰撞

446
00:43:09,587 --> 00:43:14,752
碰撞的力量会产生两个螺线

447
00:43:14,925 --> 00:43:17,587
其中一个是物质粒子

448
00:43:17,761 --> 00:43:22,289
另一个是它的反物质亲戚
它的反粒子

449
00:43:22,866 --> 00:43:25,596
这个碰撞会有两条轨迹

450
00:43:25,769 --> 00:43:27,293
这是能见到的那个

451
00:43:27,471 --> 00:43:33,103
还有看不到的另一个光子
另一束能量

452
00:43:33,277 --> 00:43:39,648
可以明确看到这束能量
最终会创造物质与反物质

453
00:43:39,817 --> 00:43:42,445
这个光子创造了电子与正电子

454
00:43:42,620 --> 00:43:48,855
它发生的相当突然

455
00:43:49,493 --> 00:43:54,988
而这是物质出自能量
的最佳呈现

456
00:43:58,936 --> 00:44:02,997
这实际上是大爆炸的缩影

457
00:44:03,173 --> 00:44:07,041
能量形成物质与反物质

458
00:44:08,646 --> 00:44:13,606
如果基本上物质与反物质
是电荷相反的同一种东西

459
00:44:13,784 --> 00:44:14,751
反物质在那里呢？

460
00:44:14,918 --> 00:44:17,682
宇宙怎么会是由物质所构成？

461
00:44:20,290 --> 00:44:25,455
我们回到
主宰物质与反物质互动的法则

462
00:44:25,629 --> 00:44:26,891
这些法则显示

463
00:44:27,064 --> 00:44:31,728
宇宙在物质与反物质间
并没有完美的对称

464
00:44:33,971 --> 00:44:36,132
我们存在此处的事实

465
00:44:36,306 --> 00:44:39,833
有赖于大自然里
一种奇特的偶然

466
00:44:40,644 --> 00:44:44,910
如果宇宙在物质与反物质间
有着完美的对称

467
00:44:45,082 --> 00:44:46,071
我们将不会在此

468
00:44:46,250 --> 00:44:48,946
因为宇宙将只是一片能量之海

469
00:44:49,119 --> 00:44:51,883
宇宙并不是完美对称的事实

470
00:44:52,056 --> 00:44:54,889
正是我们存在的终极理由

471
00:44:59,930 --> 00:45:07,200
现在我们知道足以
拼凑出宇宙演进的故事

472
00:45:11,241 --> 00:45:15,735
我们对于宇宙初期的运作
有一定的线索

473
00:45:16,880 --> 00:45:22,318
知道那时的宇宙
有非常充沛大量的能量

474
00:45:22,486 --> 00:45:30,018
有非常大的潜力
就能量转换成粒子与反粒子

475
00:45:30,828 --> 00:45:34,662
然后我们有一幅
内有许多粒子的宇宙图像

476
00:45:34,832 --> 00:45:37,767
构成物质的基本粒子
以疯狂的速率彼此碰撞

477
00:45:37,935 --> 00:45:42,429
它们不会真的结合在一起

478
00:45:43,741 --> 00:45:45,675
所有的只是一场粒子之舞

479
00:45:45,843 --> 00:45:47,970
在巨大能量的周围运动

480
00:45:48,145 --> 00:45:51,444
由在这场创生与毁灭的舞蹈

481
00:45:51,615 --> 00:45:56,678
从粒子创造更多的粒子与能量

482
00:46:01,925 --> 00:46:04,291
当宇宙冷却并膨胀时

483
00:46:04,461 --> 00:46:08,363
粒子停止猛烈碰撞

484
00:46:08,532 --> 00:46:12,935
有时间看看彼此
或许就结合起来

485
00:46:13,103 --> 00:46:16,402
所以在诞生大约一秒钟时

486
00:46:16,573 --> 00:46:19,565
宇宙开始形成原子核

487
00:46:19,743 --> 00:46:23,770
也就是质子与中子开始结合

488
00:46:27,384 --> 00:46:31,115
大约在三十万年左右
原子形成了

489
00:46:31,288 --> 00:46:36,749
这意谓着原子核
跟电子结合成原子

490
00:46:37,327 --> 00:46:41,559
它们绝大部分是氢

491
00:46:41,899 --> 00:46:47,303
这些氢原子因为重力而形成云气

492
00:46:47,738 --> 00:46:50,172
这些云气开始凝聚

493
00:46:54,645 --> 00:46:58,046
变得越来越紧密
变得越来越热

494
00:46:58,215 --> 00:47:02,379
在这此同时
这些云开始形成星系

495
00:47:02,553 --> 00:47:07,547
基本上这些星云之内的恒星
是百分之九十九的氢在卡烧

496
00:47:10,928 --> 00:47:14,887
最后，这些恒星
有了追随它们的太阳系

497
00:47:15,065 --> 00:47:17,431
它们会有绕行的行星

498
00:47:17,601 --> 00:47:20,297
可能会有一颗够近的行星

499
00:47:20,470 --> 00:47:21,437
所以它会够热

500
00:47:21,605 --> 00:47:23,732
但又不会远到让它太冷

501
00:47:23,907 --> 00:47:28,844
于是地球上
可以发展所知的生命

502
00:47:30,013 --> 00:47:31,981
然后我们可以来到这里

503
00:47:32,149 --> 00:47:38,179
把宇宙生成的故事
从头到尾说一遍

504
00:47:44,061 --> 00:47:47,827
从白热的大爆炸到行星与人类

505
00:47:47,998 --> 00:47:51,092
是一段漫长又奇特的旅程

506
00:47:52,135 --> 00:47:56,299
从能量到粒子，从粒子到原子

507
00:47:56,473 --> 00:47:58,873
再从原子到我们所见的一切

508
00:47:59,042 --> 00:48:01,772
这是一个了不起的故事

509
00:48:03,547 --> 00:48:10,646
难以相信宇宙万物
竟完全由能量而来

510
00:48:12,856 --> 00:48:17,418
但这似乎就是宇宙之道