公元前6世紀，古希臘哲學家泰勒斯宣稱萬物由水構成。這句話的確切含義是什麽呢？他真的認為萬物由水構成，還是隻是用了比喻的說法？直到今天，我們都無法確定這句話確切的含義，因為沒有任何泰勒斯的手稿被保留至今。就連我們所知道泰勒斯曾說的這句話，也僅僅因為約二百五十年之後，亞裏士多德在文稿中簡短地提到了他的這番話。然而，這段含義隱晦的論斷仍然為泰勒斯贏得了聲譽，使他成了有史以來提出具有科學性觀點的第一人，因為他看起來是在試圖以反映自然的方式解釋世界，而沒有像他之前的大多數人那樣，訴諸神話。同時，泰勒斯還暗示了自然的複雜性，包括多樣得令人目眩的各種形式，可能都是由某種更為基本的物質所構成的。
這種觀念恰恰處於科學實踐意義的核心。科學家日夜奮鬥，正是要發現自然外在的複雜性下蘊藏的更簡單的模式和結構，以理解自然。而這種由泰勒斯首次清晰表述的科學追求，已收獲了驚人的結果。生物學家發現，地球上千姿百態的生物體的那些令人震驚的多樣的形態竟都得自寫在基因編碼中的細胞指令，而這些基因編碼僅由四個字母組成：A、C、G和T。根據這四個字母，自然界產生出了千差萬別的物種。如細菌、真菌、橡樹、北極熊、藍鯨等。
在更寬廣的視角下，物理學家已證明宇宙中所有不同的物質：鑽石、花崗岩、鐵、空氣等都由原子構成，而原子則由不多的幾種亞原子粒子構成，它們包括電子、質子和中子。如果泰勒斯看到這一研究結果，也會深受感動的。
那麽，是否可以再進一步追尋自然界暗藏的構成要素呢？科學家或許已找出構成萬物的幾種基本粒子類型，但若從萬物的基本材料以及數量上講，萬物的構成隻有一個呢？如果一切存在物都是由唯一一個亞原子粒子構成呢？
這就是單電子宇宙假說的前提。該假說想象：宇宙中並非有無限數量的粒子，事實上隻有一個粒子。這個粒子同時出現在無限多個位置中。它通過不斷地穿越時間，向過去和未來運動來實現這一點。
“單電子宇宙假說”是普林斯頓大學教授約翰·惠勒[16]想象的產物。惠勒教授是20世紀最受人尊敬的物理學家之一。1940年的一個晚上，他坐在家中沉思剛被發現的反物質的謎題時，想出了這個點子。
反物質就像物質奇怪而又邪惡的孿生兄弟一樣。雖然它看起來或許與物質別無二致—沒人確信這一點，因為從來沒有人見過它—但它有相反的電荷。這意味著，物質與反物質一旦相互接觸，會瞬間湮滅，從而轉化成純能量。事實上，物質與反物質的相互消滅是已知自然界存在的從物質釋放能量最高效的方式。這顯然引起了美國軍方的興趣。有一個流傳了很久的傳言：據說，美國國防部的研究人員，一直試圖弄清如何製造出反物質炸彈，據稱這種炸彈的威力會令所有核彈相形見絀。
反物質的存在首度被人預言是在1928年，由英國物理學家保羅·狄拉克[17]提出。此前，他一直試圖找到一個公式來描述電子的行為，但他的計算卻反複得到兩個結果，一個正值和一個負值，這令他深感奇怪。大多數物理學家很可能會忽略負值，認為在真實世界中它沒法代表任何事物，但狄拉克卻相信數學為更深層的真相開啟了一扇窗，即使在它給出不合理答案時亦如此。因此，他最終得出結論，電子肯定擁有某種鏡像的亞原子“分身”。
看來他是對的。1932年，物理學家卡爾·大衛·安德森[18]通過實驗證實了這一點，他在一次雲室實驗中找到的正是這樣的反物質粒子存在的證據。安德森發現的粒子在大多數方麵與電子毫無二致，它的質量和自旋與電子相同。然而，它帶的是正電荷，而電子帶的是負電荷。出於這個原因，安德森將這種粒子稱為“正電子”。
安德森證實了反物質的存在，但它是因為什麽才出現的，或者它在更廣闊的亞原子世界中處於何種位置並不清楚。這些正是1940年那個晚上，約翰·惠勒在想到他奇怪的點子之前思索的問題。他突然想到或許正電子不過是穿越到過去時點的電子。畢竟，正電子和電子除了攜帶相反的電荷，看起來在各個方麵都一致，而穿越時間向過去運動可以反轉電子的電荷。
惠勒想象出一個正在向未來運動的電子，隨後調轉路線，作為正電子返回。這使他意識到：從一個身處特定時刻的人，諸如我們自身的視角來看，電子和正電子像兩個不同的粒子，然而事實上，它們是同一個粒子在時間旅行不同階段的分身而已。
隨後，惠勒想象這一過程是如何持續進行的。電子會向未來運動，直到抵達時間的終點，然後反轉路線，以正電子的形態向過去運動，直到抵達宇宙的開端，隨後再次反轉路線。如果這種前後反複的時間旅行無限繼續下去，在時間的起點和終點之間不斷往返交錯，可以想象，這單個電子會變成宇宙中的每一個電子。我們現在認為存在的巨量電子，或許是反複穿過我們這一特定時刻的同一個電子。
惠勒想到，如果這是真的，它能夠解答另一個謎題：為何電子與電子之間無法區分開來。因為它們的確都全然相似。沒有可能將任何兩個電子區分開來。
接下來的故事是這樣的，在這頓悟的一刻，惠勒興奮地給他聰慧過人的年輕研究生理查德·費曼[19]打電話，分享他的這一發現。
“費曼，”他得意揚揚地宣布道，“我知道為什麽所有的電子都有同樣的電荷和質量了。”
“為什麽？”費曼回應道。
“因為它們都是同一個電子！”
盡管惠勒想象出了單個穿越時間旅行的電子，但宇宙不可能隻由電子構成。所有其他粒子又怎樣呢？比如說，質子和中子？宇宙中是有許多質子和中子，但隻有一個電子嗎？
答案是：惠勒的假說的確可以擴展，以囊括其他所有粒子。惠勒專注於電子隻是曆史的巧合罷了。因為在1940年，正電子是唯一被確認存在的反物質形式。直到20世紀50年代，研究者們才證明其他粒子同樣具有其相對應的反物質。
然而，惠勒在與費曼分享了他的怪想法之後，並沒有試圖進一步完善他的理念。他認為這不過是胡思亂想罷了，單電子宇宙假說本可能就此沉寂，但費曼使它維持了生機。
費曼整體上對該假說持懷疑態度。他不認為整個宇宙真的隻有一個電子，但他對惠勒提出的穿越時間的電子之說極為感興趣。他進一步發展了這一概念，在此過程中他為將來的工作打下了基礎，這些工作最終使他成為20世紀最著名的物理學家之一。
到了20世紀40年代末，費曼能夠證明的是：把反物質看作時間上反向的物質一點也不離譜。事實上，這一理論提供了一種理解亞原子粒子行為的強大手段。如果你以這種方式想象亞原子世界，那麽，當一個物質粒子與反物質粒子相撞，它們並未以釋放能量的方式相互毀滅。相反，表麵上的相撞實際代表著粒子改變它時間上運動方向的時刻。
這現在被稱為“反粒子的費曼-斯蒂克爾堡詮釋”，它被看作一個完全合理且被廣泛使用的將反物質概念化的方式。這倒不是說物理學家相信反物質真的是時間反轉的物質，隻是說這是一種為其行為建模的有用方法。從數學的角度，一個正電子與一個時間反轉的電子是一回事。
這給惠勒的單電子宇宙假說增添了一些可靠性，因為這意味著其核心存在合理的觀念。把反物質想成時間反轉的物質並非荒誕的點子：這是物理學家很認真對待的一個概念。
1965年，費曼獲得了諾貝爾獎，在發表獲獎感言時，他講述了1940年惠勒深夜給他打電話的故事。正是由於這番演講，單電子宇宙假說最終被更多人所了解。
如果費曼這麽喜歡惠勒穿越時間的電子概念，那為什麽他沒有接受單電子宇宙假說的其餘部分呢？這是因為他即刻就意識到，這種單一電子在時間起點和終點間往返運動的概念中有個大問題。如果這是真的，半個宇宙應該都由反物質構成，因為這個粒子必須花去一半的時間（作為反物質）向過去運動。但是，據研究者們所知，在宇宙中幾乎沒有反物質。每次反物質被製造出來，不管是在自然界還是在實驗室，它幾乎即刻就會與物質相撞而湮滅。
從我們的角度來看，在我們周圍沒有更多的反物質存在是件好事，因為這意味著我們不必擔憂會隨機撞上它們，而瞬間被消滅。但是缺少反物質是科學最大的謎題之一，因為物理學家相信：在宇宙大爆炸過程中，應當創造出等量的物質和反物質。但如果這是真的，所有的反物質都去哪兒了？科學家並不確定。目前的想法是，由於種種原因，在宇宙大爆炸的最初時刻，創造出的物質肯定比反物質稍微多一點。隨後，一切都在一個被稱為“大湮滅”的災難性事件中相撞。在塵埃落定（一種比喻）之後，所有反物質都消失了，但因為起初的一點點不平衡，一些物質保留了下來，而保留下來的這部分就代表了現在宇宙中存在的一切物質。
然而，這個解釋對單電子宇宙假說不適用，因為該假說暗示物質和反物質的量應在所有時間中等量分布。回到1940年，在惠勒給費曼打的那通講述該假說的電話中，費曼指出了反物質缺失的問題，這促使惠勒提出了一種可能的解答：也許所有缺失的反物質都藏在了質子之中。畢竟，質子與正電子一樣帶有正電荷。但惠勒很快意識到質子大約比電子大兩千倍，而放棄了這個想法。大小如此地不匹配是不可能的。而且，如果質子真是電子的反物質形式，那麽原子會在其質子和電子相撞時，陷入持續不斷的自我毀滅中。
該假說的支持者後來嚐試拿出對反物質缺失謎題的其他解釋。例如：如果它不在質子裏，或許藏在了其他什麽地方，比如在宇宙遙遠的角落。或許遙遠的恒星和星係實際上就由反物質構成。
這種認為宇宙大片區域可能由反物質構成的觀點，令許多科學家很感興趣，天文學家也一直關注著是否有任何表明事實的確如此的證據，諸如反物質區域與充斥著物質的區域相撞時產生的宇宙“焰火”。至今，他們還未曾見過此類跡象。
但是反物質藏匿的方式可能更為奇特。如果惠勒的單個粒子並沒循原路返回呢？20世紀50年代，物理學家莫裏斯·戈爾達貝提出，或許在我們以物質為基礎的宇宙旁，形成了一個反物質宇宙。畢竟，如果亞原子粒子以物質或反物質成對出現的話，為什麽整個宇宙就不會同樣成對出現呢？如果有這樣的反宇宙存在，也許粒子是通過這個路徑返回到時間起點的，或者也許時間是首尾相接的，也許電子無須沿原路返回，當它抵達時間的盡頭時，它會即刻返回到時間的起點。
惠勒的這一假說的批評者們抱怨說，這類猜測已經脫離了任何一種可檢驗的證據，走進了純粹異想天開的領域。他們還提出問題：“那又怎樣？就算假說是真的，我們又能獲得什麽新知呢？它能使人們開啟什麽新研究，或者領悟什麽新概念？”似乎不能，因為不管宇宙是充斥著無數粒子，還是隻有一個同時位於無限多位置的粒子，其實兩者是一回事。其物理特性是一樣的。
不過，或許這能帶來一種收獲—它實現了泰勒斯古時的科學夢想，弄清了構成自然界的終極要素。而且也別小看它令人驚訝的本事。作為一個談論宇宙的假說，能令人驚訝顯然賦予了它全新的意義。