存在物质，比如电子；也存在反物质，比如正电子；而且还有一种东西既非物质也非反物质。这种超越了物的东西，最熟悉的例子莫过于电磁辐射了。所有的电磁辐射，从γ射线、X射线、紫外线到可见光、红外线、无线电波，都含有不同能量的光子。物质和反物质可以相互中和抵消，它们湮灭时会留下光子这种非物的东西；如果环境合适，这个过程也可以反过来，光子会变成一对物质和反物质。
当科学家们对自然现象进行梳理时，喜欢用到“纯能量”的概念。纯能量也是一种非物体，它可以从一种形式转变为另一种形式，如电能、化学能或者动能，也可以发生质变生成物质和反物质。爱因斯坦的方程E =mc 2 告诉了我们能量能够凝聚成多少实物。要产生一对正负电子，需要的最小能量为2mc 2 ：一份mc 2 用于产生一个静态电子，另一份mc 2 用于产生一个静态正电子。当正负电子对产生后，由于都是静止的，所以几乎立即相互湮灭，释放出刚刚禁锢在它们中的能量。因此，要想使正电子存活下来，就需要注入比这个最小值更多的能量；将多出的“余额”转化成动能，使得正负电子产生时就会相互分开，各走一边。
现在知道的非物粒子已经超过了100种，而光子只是其中一种。这些非物粒子被称为“玻色子”，用于纪念印度物理学家玻色（Satyendranath Bose）。与之相对应，实物粒子是物质或反物质的基本部分，被称为“费米子”，用于纪念意大利人费米（Enrico Fermi）。费米子的行为可用狄拉克方程描述，但玻色子遵循另外的准则。从某种角度上讲，狄拉克是幸运的。他立志要建立一个方程来描述有质量的粒子，并且解决正负能量的问题。在1928年，人类已知的质量粒子仅有电子和质子，它俩恰好都是费米子；而当时唯一知道的其他粒子是光子，而光子是玻色子，不具有质量。在狄拉克方程掀起科学革命20年之后，人们才在宇宙射线中发现了一种有质量的玻色子——“介子”。如果介子发现于1928年之前，我们很难想象狄拉克还能否如此执着地钻研他的方程；当然，这都只能是假设了。
自然之力将基本粒子禁锢成一首永不停息的曼妙舞曲，从而形成了我们今天的宇宙；其中，引力、电力和磁力（电磁力）最为我们熟知。这些力可以远距离发生作用，这种距离与原子尺度相比实际上是无穷大的。太阳引力将周围的行星禁锢于轨道上。地核中的旋转电流也会产生地磁场以偏转指南针，引导迷航的旅者踏上归途——至少在历史上是如此。当然，今天我们更依赖于全球定位系统（GPS）导航，但是其底层的原理是相同的：我们通过无线电波与卫星通信，而无线电波是一种电磁波，是相同的普遍作用力的另一种表现而已。
磁铁会吸起金属，指南针会指向北极，是什么在充当它们之间的交流媒介呢？我们可以称它“电磁场”，但是这并不是真正的解释；我们只是发明了一个标签，标明一种远距离上作用的奇怪现象。狄拉克的成果中，有一项就是发现电磁场本身服从量子理论。光子是电磁场的类粒子束团，当它们在带电粒子间飞行时会传输电磁力。伦敦某处发射天线上的一个电子前后振荡，会导致家里收音机内产生类似的响应，而中间的信使就是电磁波——无线电波也是光子的一种活动形式。此处的运动引起了彼处的运动；光子在其间穿行；这些力无处不在。
现代“量子场论”认为，不仅是电磁力，所有的力都是由玻色子传递的。光子传递了电磁力，类似地，“引力子”被认为传递了引力。虽然还没能探测到引力子，但是几乎没人怀疑它的存在并且必将被人类发现。还有其他两种力，也是由玻色子传递的。这些力比较罕见，因为它们主要在原子核内部及其周围作用，只有足够灵敏的仪器才能在如此小的尺度下发现它们。它们被称为强力和弱力，这个命名直观地概括出它们相对于普通电磁力的强度。
强力将更底层的夸克构建成质子和中子，然后进一步黏结成原子核。弱力构成了阳光，而且在元素构成中起到了关键作用，没有弱力就没有地球和人类。弱力在原子核中慢慢侵蚀，最终将其中的组分排列成更稳定的序列。在太阳中质子作为燃料，弱力渐渐地将4个质子转化成一个致密簇团——氦核，包含两个质子和两个中子。这个过程中，弱力将两个质子变形为两个中子，通过正电子将正电荷带走。在过去的50亿年，一半的太阳燃料——质子——都是通过这种方式转化的。从太阳这个大熔炉中的活动，我们可以看到这种力到底有多弱，同时也应该感恩：太阳持续存在，使得智慧生物得以出现，如果太阳燃烧得太快，那么地球上的生物就根本没有足够的时间来进化发展了。
从人类第一次认识到强力和弱力开始，半个多世纪以来，科学家们一直对此着迷。今天我们知道了它们的工作机制，在第6章我们会解释它们如何来揭示反物质的秘密。它们都是由玻色子传递。“胶子”将夸克黏结成质子和中子，接着“介子”帮忙将后两者捏合成原子核。弱力通过两种不同的形式表现出来，由玻色子对其进行传递。第一种形式与电磁力类似，但强度小得多，由一种电中性玻色子Z 0 （上标0表示其不带电）来传递。这种Z 0 很像光子，但是具有大质量，甚至比铁原子还重；人们异想天开地称它“重光”。弱力表现的第二种形式是在粒子之间的电荷交换时。比如，太阳内部一个质子转化成一个中子，弱力将电荷从质子中剥离并传递给正电子。那么正电子从何而来呢？它是由弱力的载体——称为W + ——所携带的能量产生的。这里的上标表示W 带有正电荷。W 也可以带负电，比如中子衰变时。此时中子的电中性变成一个正电荷（质子）和一个负电荷（W - ），而W - 的负电荷接着会传递给电子。
所有这些传递力的媒介都是非物的，既不是物质也不是反物质；它们都是“玻色子”。它们作用于物质或反物质粒子上，同时也可以将自身转化成物的这两种对称的不同形态，而这两种形态都是“费米子”。所以，自然似乎提供了两种粒子：一是力的载体——玻色子，二是物的基本构成——费米子。玻色子可以来去自由，而费米子最终只能衰变成最稳定的形态，即电子以及质子、中子的排列，此时它们濒临边缘——容易变成它们的反物质镜像。
在约140亿年前，物质和反物质在宇宙中战斗，最终物质获胜。费米子产生了结构，它们具有稳定性并产生出了生命。我们体内的原子已经存在了数十亿年，只是现在才形成了一个联合体，这个联合体就是我们自己。我们吸进氧气，呼出二氧化碳，生长和死亡，但是我们的原子会继续存在。原子这些基本的组分会不停地组成各种形态，一直延续到遥远的未来——前提是它们没有遇到反物质。
