上帝粒子:诺奖大师写给所有人的粒子物理趣史(如果宇宙是答案,那么问题是什么?)

第1 章 看不见的足球 除了原子和真空是实际存在的，其他一切都只在意念之中。 ——阿布德拉的德谟克利特 宇宙的*开始是一片虚空——一个奇特的真空世界——没有空间，没有时间，没有物质，没有光，没有声音。但是在自然法则的作用下，这个神奇的真空世界中潜在的能量正等待释放，就像高耸的悬崖边上摇摇欲坠的巨石一般。 等一等。 在“巨石”落下之前，我要解释一下，其实我真的不明白我在谈论什么。从逻辑上说，一个故事应该从开始讲起。但这是一个关于宇宙的故事，很遗憾，我们没有任何证据表明什么是*开始。没有，一无所有。我们了解的只是已经到达成熟期的宇宙，而对于*初千千万万亿分之一秒的时间，也就是在“大爆炸”后非常短的一段时间内的情况我们一无所知。如果你读到或听说了关于宇宙创生时的一些事情，那肯定是虚构的。这一领域属于哲学的范畴。只有上帝才知道宇宙创生时发生了什么（但是他从来没透露过一点）。 好，我们讲到哪儿了？哦，对了—— 就像高耸的悬崖边上摇摇欲坠的巨石一样，虚空中的平衡是非常敏感的，只要要一点点冲动就会发生变化，而这种变化就产生了宇宙。事实上也确实这样发生了，那一片虚空爆炸了，时间和空间就在爆炸之初的炙热中创生。 物质则从这些能量中脱颖而出：一堆密集的粒子在辐射中消失了，重新归于物质（现在我们至少是在基于一些事实和理论推理来进行研究）。粒子的碰撞产生了新的粒子。在黑洞形成与解体的同时，时间和空间搅在一起翻滚沸腾着。 这是多么奇妙的景象啊！随着宇宙的膨胀、冷却、变得稀薄，粒子开始结合，不同的力也开始出现。质子和中子产生了，接着出现了原子核和原子。然后就是至今仍在膨胀的巨大的尘埃云，它们在某些地方聚集起来，形成了恒星、星系和行星。在一个标准星系的旋臂上，一颗*为普通的行星在围绕着一颗普通的恒星运行。在这个星球上，绵延的大陆和澎湃的海洋经历着自组织的过程，海洋里冒出的一些有机分子开始发生反应，并产生了蛋白质，生命就这样开始了。植物和动物从简单的有机体中进化出来，并*终产生了人类。 人类与其他生物的不同之处，主要在于他们是对自己的周围环境极富好奇心的唯一物种。随着物种变异的出现，一小撮与众不同的人开始在大陆上活动。他们非常傲慢。他们并不满足于欣赏宇宙的灿烂，而总是在问“怎样”：宇宙是怎样产生的；那些宇宙“原料”怎样造就了我们这个令人难以置信的多样的世界——恒星、行星、水獭、海洋、珊瑚、阳光以及人类的大脑。这些异类也提出过一个人类可以回答的问题，但只有经历从老师到学生，数百代人几千年的努力和献身后才有可能找到问题的答案。在找到正确答案之前，这个问题也产生了许多错误百出、令人为难的答案。幸运的是，这些异类天生不知道什么是为难。他们的名字叫物理学家。 现在，在审视过这一探讨了2 000 多年——这段时间只相当于宇宙时间长河中微不足道的一滴水珠——的问题以后，我们开始瞥见宇宙创生的整个过程了。在望远镜和显微镜中，在天文台和实验室里，甚至在便笺簿上，我们开始觉察到在宇宙产生的**时刻起支配作用的原始的对称和美的轮廓。我们几乎能够看到这些了。但是这些图景还不是很清晰，而且我们也感觉到有什么东西在使我们的视野变得更为模糊——有一种黑暗的势力在使宇宙固有的简单本质变得模糊、隐秘和令人困惑。