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什么是时空？
我们不能“看见”时空。只能大概通过间接的手段来推测它是什么样、又是怎样运作的；即使如此，我们也还没能成功地做到。牛顿通过三维的笛卡尔直角坐标系建立了一幅随着时间流逝而发展的空间图景，事件的发生都基于这样的一个框架。这也是绝大多数人对于这个世界的想法，我们有很长一段时期都是基于这幅图景来生活的。

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图1牛顿的固定空间和爱因斯坦的变化时空图源电影《TestingEinstein’sUniverse》
而爱因斯坦在此和相对论的基础上构建了一个四维的时空图景。当然这幅图景看起来还是很“笛卡尔” 。而且也并没有解释时空到底由什么构成。爱因斯坦提出的相对论在宇宙尺度上对于解释时空运作是一个非常好的顶层理论；不仅如此，这套理论与适用于低速或低引力场情况下的牛顿力学也几乎一致。
而对于非常精细的原子尺度下的计算，需要用到量子力学理论。此时并不会涉及到时空是什么的问题，就像爱因斯坦在他论文中声称的“量子力学对于物理现实的描述真的完备吗？” ，量子理论并不完整，它只是通过波动方程来阐释像光、原子、夸克、胶子、其它很多亚原子粒子和场的行为。
当一个人看到以上这些非常成功地解释这个世界行为的理论时，应该会颇为满足了吧。但是这两套理论各自独立、没有什么实质联系，直至现在也并没有一个理论说明时空到底是如何运作或是产生的，而又为什么使量子力学、相对论成立。
时空像什么？
Whatdoesspace-timelooklike?
理论上来说，时空占满了整个宇宙，其中一种阐释由狄拉克海指出。对于一个小范围的空间，这一图景如下图所示：E表示能量，物质粒子拥有正的能量而反物质粒子有负能量。
空的空间原点的能量由下式给出：

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等式1全真空能量，由谐振子的原点能量到全空间的动量模积分获得；其中V表示空间体积，积分部分表示零点谐振子的能量在全动量模的积分
空间有足够的正能量和负能量可以使得粒子存在。否则空间就是空的。这就意味着在自由空间的能量少于正阈值和负阈值，如图2中红色区域表示的部分。横轴表示的是一整个三维空间，空间的每个区域有充满的场对应特定的能量。

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图2对于有质量粒子的狄拉克海，上部是粒子，下部是反粒子
保罗·狄拉克使量子力学中的薛定谔方程满足相对论不变性，通过数学推导发现了反物质的存在：满足方程的粒子能量有两个解，一个是正的（物质），而另一个是负的（反物质）。
几年之后，在为了追溯宇宙射线影响而产生被视为物质粒子的轨迹实验中，反物质的存在被证实了：在一个有磁场的云室中，这个粒子轨迹的“错误”转向反应其有与物质相反的电荷，意味着它是反物质。在这个低于能量阈值的区域，我们测量不到任何东西，因为无法发生相互作用。除非我们测量转化到这个区域的过程，但同时这也是极其困难的。