在中學(xué)里聘殖，你一定學(xué)過(guò)萬(wàn)有引力，也學(xué)過(guò)電磁力行瑞。這四種力合在一起奸腺，被稱為自然界的四種基本力。沒(méi)有它們血久，就沒(méi)有我們今天的這個(gè)宇宙突照。

雖然強(qiáng)力和弱力和我們今天要說(shuō)的內(nèi)容也有關(guān)系，但是要我說(shuō)氧吐，這本書的書名其實(shí)應(yīng)該用另一個(gè)物理學(xué)名詞來(lái)命名讹蘑，那就是“希格斯玻色子”。這是這幾年科學(xué)界非掣笨常火爆的一個(gè)名詞衔肢。在很多新聞里，它還被稱為“上帝粒子”豁翎。這個(gè)名字你可能有點(diǎn)耳熟角骤，因?yàn)?012年，歐洲核子研究中心宣布，他們證實(shí)了希格斯玻色子的存在邦尊，成為了當(dāng)時(shí)的一個(gè)爆炸性新聞背桐。但是為什么這是個(gè)爆炸性新聞，希格斯玻色子到底重要在哪兒蝉揍，你可能還不太清楚链峭。

咱們可以類比一下，另一個(gè)曾經(jīng)被媒體爭(zhēng)相報(bào)道的物理學(xué)名詞又沾，引力波弊仪。2016年初，美國(guó)航空航天局宣布杖刷，人類第一次捕捉到了引力波信號(hào)励饵。當(dāng)時(shí)人們都說(shuō)，引力波是證明廣義相對(duì)論的最后一塊拼圖滑燃。希格斯玻色子也是這樣的存在役听，它也是最后一塊拼圖。

不過(guò)表窘，它證明的是一個(gè)叫作標(biāo)準(zhǔn)模型的理論典予。你可能對(duì)這個(gè)理論不太熟悉，但標(biāo)準(zhǔn)模型是物理學(xué)里面最精巧乐严、最復(fù)雜的理論瘤袖，可以說(shuō)是人類智慧的頂級(jí)杰作之一，有幾十個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)都是圍繞著這個(gè)模型而誕生的麦备。引力波的發(fā)現(xiàn)證明了廣義相對(duì)論的正確孽椰，而希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，證明了標(biāo)準(zhǔn)模型的正確凛篙。

這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)黍匾，都是理論先于實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家先猜測(cè)呛梆，應(yīng)該有這么個(gè)東西锐涯，然后事實(shí)證明，還真有填物∥齐纾可以說(shuō)，引力波和希格斯玻色子滞磺，這是近十年來(lái)升薯，物理學(xué)界最為重要的兩個(gè)發(fā)現(xiàn)。

關(guān)于引力波击困，“每天聽(tīng)本書”曾經(jīng)解讀過(guò)同名的圖書涎劈，歡迎你搜索收聽(tīng)广凸。那在這期音頻里，我們就來(lái)圍繞希格斯玻色子來(lái)詳細(xì)地講一講蛛枚。這本書的作者是一位日本物理學(xué)家谅海，叫大栗博司。大栗博司是加州理工學(xué)院的物理學(xué)教授蹦浦。說(shuō)到加州理工扭吁，那可是物理學(xué)家的圣地。美劇《生活大爆炸》里的那位科學(xué)奇人謝爾頓盲镶，就是加州理工的侥袜。當(dāng)然，謝爾頓只是電視劇里的虛擬人物徒河，我們后面會(huì)講到系馆，和我們今天這個(gè)故事息息相關(guān)的幾位真正的著名科學(xué)家，他們也都來(lái)自加州理工顽照。由一位加州理工的物理學(xué)教授來(lái)為我們講這個(gè)故事，那是再適合不過(guò)了闽寡。

接下來(lái)代兵，我將從三個(gè)方面來(lái)為你解讀這本書。第一爷狈，咱們先從書名入手植影，說(shuō)說(shuō)為什么強(qiáng)力和弱力對(duì)這個(gè)世界非常重要？第二涎永，希格斯玻色子在這里面擔(dān)任了什么樣的角色思币？第三，為什么說(shuō)希格斯玻色子是近年來(lái)最重要的物理發(fā)現(xiàn)羡微？

第一部分

首先我們來(lái)看看谷饿，為什么說(shuō)強(qiáng)力和弱力對(duì)這個(gè)世界非常重要？

我們知道妈倔，這個(gè)世界是由物質(zhì)組成的博投，而在不同的物質(zhì)之間，有著各種相互作用盯蝴，這種作用毅哗，物理學(xué)家就用“力”來(lái)表示。不過(guò)長(zhǎng)期以來(lái)捧挺，人們只知道兩種“力”的存在虑绵，就是我們之前說(shuō)的，我們?cè)谥袑W(xué)里學(xué)到的兩種闽烙。一種是萬(wàn)有引力翅睛，任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體之間，都存在著相互吸引的萬(wàn)有引力。還有一種就是電磁力宏所，它和引力有點(diǎn)不一樣酥艳，不但會(huì)吸引，還會(huì)排斥爬骤。你肯定知道磁鐵之間同性相斥充石，異性相吸，這中間就是電磁力的作用霞玄。

不過(guò)20世紀(jì)以來(lái)骤铃，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“原子”的存在，這就為我們認(rèn)識(shí)世界打開(kāi)了一扇新的大門坷剧。但物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很奇怪的現(xiàn)象惰爬。在高中物理課上，咱們都學(xué)過(guò)惫企，原子核是由質(zhì)子和中子組成的撕瞧，其中中子不帶電，質(zhì)子帶正電狞尔。但你有沒(méi)有想過(guò)丛版，電磁力是同性相斥啊。那為什么那么多的帶著正電的質(zhì)子偏序，都擠在原子核里面页畦，卻沒(méi)因?yàn)殡姶帕ハ嗯懦舛鴱楅_(kāi)呢？這里肯定有一種全新的研儒，我們不知道的力豫缨，它比電磁力還要強(qiáng)。只有這樣，才能把很多同樣帶正電的質(zhì)子，強(qiáng)行聚集在原子核里面焰络。這種比電磁力還要強(qiáng)的力，科學(xué)家就給它起了一個(gè)名字栓撞，叫作“強(qiáng)相互作用力”，簡(jiǎn)稱“強(qiáng)力”碗硬。

發(fā)現(xiàn)強(qiáng)力之后不久瓤湘，人們很快就又發(fā)現(xiàn)了另一種力。它的強(qiáng)度比電磁力要弱恩尾，所以自然而然弛说，大家就順理成章地給它起名叫作“弱相互作用力”，也就是弱力翰意。弱力有什么作用木人？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)信柿，它是造成原子產(chǎn)生放射性的原因。比方說(shuō)醒第，我們知道著名的放射性元素鐳渔嚷，就是居里夫人發(fā)現(xiàn)的那個(gè)。它的原子核會(huì)不斷放射出射線稠曼，然后裂變成其他元素的原子形病。為什么原子核會(huì)發(fā)生這種變化呢？這就是弱力在其中作用的結(jié)果霞幅。

到此為止漠吻，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，原來(lái)在宇宙里存在著4種不同的力：引力司恳、電磁力途乃、強(qiáng)力和弱力。其中任何一種力扔傅，對(duì)這個(gè)世界來(lái)說(shuō)都是很重要的耍共。引力就不說(shuō)了，我們都很熟悉猎塞。電磁力呢划提，是電力和磁力的統(tǒng)稱，它能讓原子聚攏成分子邢享，分子聚攏成物質(zhì)。如果沒(méi)有電磁力淡诗，我們的身體都會(huì)四分五裂骇塘。

強(qiáng)力和弱力同樣也不可或缺。沒(méi)有強(qiáng)力韩容，質(zhì)子就根本不可能被聚集在原子核里款违，也就不能形成絕大多數(shù)的物質(zhì)。至于弱力群凶，也同樣重要插爹。比方說(shuō)，太陽(yáng)之所以能夠穩(wěn)定地持續(xù)燃燒请梢，為地球的生命提供源源不斷的能量赠尾，那就主要依賴于弱力的作用。

因?yàn)樘?yáng)的燃燒實(shí)際上是一種核聚變毅弧。在太陽(yáng)內(nèi)部气嫁，兩個(gè)質(zhì)子聚集到一起，變成了氦的原子核够坐，同時(shí)釋放出能量寸宵。在這個(gè)過(guò)程里崖面，兩個(gè)質(zhì)子都帶有正電，本來(lái)很難撞到一起梯影。但是多虧弱力的作用巫员，其中的一個(gè)質(zhì)子會(huì)偶然變成中子，這才能跟另一個(gè)質(zhì)子結(jié)合起來(lái)甲棍，走出聚變的第一步简识。

而且，我們還要感謝弱力非常之“弱”救军，所以這種轉(zhuǎn)變只能慢慢發(fā)生财异，太陽(yáng)才有長(zhǎng)達(dá)一百多億年的壽命，不至于一下子就燃燒殆盡唱遭〈链纾總而言之，沒(méi)有了任何一種力拷泽，我們的宇宙就不會(huì)是這個(gè)樣子疫鹊，我們也就不可能存在。

更有意思的是司致，強(qiáng)力和弱力解釋了一件非常重要的事情拆吆。就是為什么宇宙萬(wàn)物會(huì)有“質(zhì)量”？這個(gè)質(zhì)量脂矫，差不多就是我們平時(shí)所說(shuō)的“重量”枣耀，咱們?cè)谶@里不細(xì)摳概念。比方說(shuō)庭再，為什么一個(gè)人體重是150斤捞奕？你可能從來(lái)也沒(méi)想過(guò)這個(gè)問(wèn)題，這不是天經(jīng)地義嗎拄轻？有什么值得問(wèn)的颅围？

但實(shí)際上，在物理學(xué)家眼里恨搓，“質(zhì)量”是一個(gè)很神秘的東西院促。在宇宙里，大部分的質(zhì)量都集中在原子的原子核里面斧抱，而原子核又主要是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的常拓。所以，如果不算暗物質(zhì)的話夺姑，可以說(shuō)質(zhì)子和中子集中了宇宙里絕大多數(shù)的質(zhì)量墩邀。

然而，質(zhì)子和中子并不是最基本的盏浙，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)眉睹，它們都由一種更加基本的粒子組成荔茬，這種粒子叫作“夸克”。做出這個(gè)發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)家叫作蓋爾曼竹海，他就是加州理工出來(lái)的慕蔚。蓋爾曼就發(fā)現(xiàn)，不管是質(zhì)子還是中子斋配，都由3個(gè)不同的夸克組成孔飒。

然而有趣的是，如果你仔細(xì)計(jì)算的話艰争，你就會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)坏瞄，質(zhì)子和中子的質(zhì)量，竟然并不等于組成它們的3個(gè)夸克之和甩卓。換句話說(shuō)鸠匀，如果把質(zhì)子的質(zhì)量比作1千克，那么逾柿，組成它的3個(gè)夸克的質(zhì)量加起來(lái)差不多只有10克缀棍，僅占質(zhì)子質(zhì)量的1%。這就奇怪了机错，那質(zhì)子其他99%的質(zhì)量是從哪里來(lái)的呢爬范？

答案就是強(qiáng)力。我們99%的體重弱匪，實(shí)際上就來(lái)自于夸克之間強(qiáng)力的轉(zhuǎn)換青瀑。在質(zhì)子內(nèi)部，強(qiáng)力以非常巨大的能量把3個(gè)夸克聚合在一起萧诫。我們知道狱窘，愛(ài)因斯坦有一個(gè)著名的質(zhì)能方程E=mc^2，也就是能量等于質(zhì)量乘以光速的平方财搁。能量和質(zhì)量可以相互轉(zhuǎn)換。強(qiáng)力的這些能量躬络，根據(jù)公式尖奔，就可以計(jì)算為對(duì)應(yīng)的質(zhì)量。這就是質(zhì)子和中子99%質(zhì)量的由來(lái)穷当，也可以說(shuō)是提茁，我們宇宙萬(wàn)物99%質(zhì)量的由來(lái)。

不過(guò)馁菜，這轉(zhuǎn)換來(lái)的99%還不是最困擾科學(xué)家的茴扁，剩下的那1%，才是真正的麻煩汪疮。我們剛剛說(shuō)峭火，如果質(zhì)子的質(zhì)量是1千克毁习，那組成它的3個(gè)夸克的質(zhì)量只有10克。那為什么說(shuō)這10克的質(zhì)量才是真正的麻煩呢卖丸？因?yàn)樵谖锢韺W(xué)家看來(lái)纺且，這些粒子根本就不應(yīng)該有質(zhì)量！按照物理學(xué)家的理論預(yù)言稍浆，夸克也好载碌，電子也好，統(tǒng)統(tǒng)都應(yīng)該是質(zhì)量為0的基本粒子衅枫！這是一個(gè)長(zhǎng)期困擾物理學(xué)界的難題嫁艇，而它的最終解決，就牽涉到我們最開(kāi)始講的那個(gè)神秘的名詞弦撩，希格斯玻色子步咪。接下來(lái)就是我們要講的第二部分，什么是希格斯玻色子孤钦？為什么它是構(gòu)成我們世界的關(guān)鍵所在歧斟？

第二部分

前面說(shuō)了，世間萬(wàn)物99%的質(zhì)量偏形，實(shí)際上是夸克之間強(qiáng)力的轉(zhuǎn)化静袖，而剩下的那1%，才是各種基本粒子“本身”的質(zhì)量俊扭。不過(guò)队橙，物理學(xué)家一直想不通一個(gè)問(wèn)題，就是為什么基本粒子會(huì)有“質(zhì)量”這個(gè)東西萨惑？

你可能覺(jué)得捐康，這是一個(gè)無(wú)理取鬧的問(wèn)題，“質(zhì)量”難道不是宇宙萬(wàn)物最基本的性質(zhì)之一嗎庸蔼？可是解总，在物理學(xué)家看來(lái)，還真不是這樣姐仅。這里牽涉到一個(gè)很基本的物理學(xué)理論問(wèn)題花枫，就是物理學(xué)家認(rèn)為，各種基本粒子掏膏，它們實(shí)際上都可以用同一個(gè)理論框架去描述劳翰，這個(gè)理論框架叫作“規(guī)范場(chǎng)”。

“場(chǎng)”在物理學(xué)里面馒疹，是一個(gè)非常重要的概念佳簸。比方說(shuō)引力其實(shí)是通過(guò)引力場(chǎng)發(fā)生作用的，電磁力則是通過(guò)電磁場(chǎng)颖变。規(guī)范場(chǎng)也一樣生均。在這里听想，咱們不詳細(xì)解釋什么叫作規(guī)范場(chǎng)，因?yàn)槔锩鏍可娴椒浅８呱畹臄?shù)學(xué)理論疯特。簡(jiǎn)單而言哗魂，你可以想象這是一套通用的規(guī)則，只要設(shè)定不同的初始參數(shù)漓雅，這套規(guī)則就可以對(duì)應(yīng)于各種不同的對(duì)象录别。

比如說(shuō)，最先提出規(guī)范場(chǎng)的是一個(gè)叫作魏爾的德國(guó)數(shù)學(xué)家邻吞。他就發(fā)現(xiàn)组题，給規(guī)范場(chǎng)理論設(shè)定某一種參數(shù)，它就可以描述麥克斯韋的電磁場(chǎng)抱冷。這是規(guī)范場(chǎng)理論的開(kāi)始崔列。然后到了1954年，楊振寧和他的學(xué)生米爾斯做出了一個(gè)更加重要的貢獻(xiàn)旺遮。他們發(fā)現(xiàn)赵讯，把規(guī)范場(chǎng)的那個(gè)初始設(shè)定參數(shù)改成另外一種，這個(gè)理論同樣可以用來(lái)描述弱力耿眉！他們提出的理論叫作楊-米爾斯理論边翼，是近代物理學(xué)最重要的成就之一。然后鸣剪，在楊振寧后面组底，我們前面說(shuō)到的，發(fā)現(xiàn)了夸克的蓋爾曼筐骇，又推進(jìn)了一步债鸡。蓋爾曼又發(fā)現(xiàn)，如果把楊-米爾斯理論的參數(shù)再擴(kuò)展一下铛纬，規(guī)范場(chǎng)理論還可以用來(lái)描述強(qiáng)力厌均！

所以你看，這個(gè)理論框架非常神奇告唆，只要設(shè)定不同的參數(shù)莫秆，它就恰好能夠?qū)?yīng)自然界的三種不同的力。也正因?yàn)榇嘶谙辏锢韺W(xué)家毫不懷疑，這個(gè)框架肯定是正確的惹挟。

然而呢茄螃，這個(gè)理論有一個(gè)致命的缺陷。就是它沒(méi)法解釋為什么各種基本粒子會(huì)有“質(zhì)量”连锯！比方說(shuō)归苍，在規(guī)范場(chǎng)的理論框架看來(lái)用狱，各種力的作用模式其實(shí)是類似的，它們都類似于把某種粒子扔來(lái)扔去而造成的結(jié)果拼弃。比方說(shuō)夏伊，電磁力的本質(zhì)，就是兩個(gè)電子之間互相把光子扔來(lái)扔去吻氧。類似的溺忧，強(qiáng)力是把稱作“膠子”的東西扔來(lái)扔去。所以把膠子互相扔來(lái)扔去盯孙，產(chǎn)生的強(qiáng)力就像膠水一樣把夸克粘在一起鲁森。同樣道理，弱力是把兩種稱為W和Z的玻色子扔來(lái)扔去振惰。你看歌溉，原理都是差不多的。

既然原理差不多骑晶，各種不同的力對(duì)應(yīng)的粒子痛垛，它們的性質(zhì)也應(yīng)該差不多。比如科學(xué)家已經(jīng)知道桶蛔，在電磁力里面匙头，被扔來(lái)扔去的光子，是一種靜質(zhì)量為0的粒子羽圃。那按照規(guī)范場(chǎng)理論乾胶，弱力里面相對(duì)應(yīng)的、被扔來(lái)扔去的那兩種玻色子朽寞，質(zhì)量也應(yīng)該為0识窿。但奇怪的是，事實(shí)并非如此脑融。在弱力里面喻频，被扔來(lái)扔去的玻色子是有質(zhì)量的，而且質(zhì)量還不小肘迎。正因?yàn)檫@樣甥温，弱力沒(méi)法傳遞得很遠(yuǎn)，它只有在很近的距離上才能發(fā)生作用妓布，而不像電磁力那樣姻蚓，有著很遠(yuǎn)的傳播范圍。

這就讓科學(xué)家百思不得其解了匣沼。理論和事實(shí)不符狰挡，是規(guī)范場(chǎng)理論錯(cuò)了嗎？為此，科學(xué)家不得不假設(shè)加叁，在宇宙里還存在著一種我們以前不知道的倦沧，神秘的場(chǎng)。各種不同的粒子與這個(gè)場(chǎng)發(fā)生作用它匕，于是就產(chǎn)生了不同的質(zhì)量展融。這個(gè)場(chǎng)，就被起名叫作“希格斯場(chǎng)”豫柬。

那這個(gè)“希格斯場(chǎng)”告希，是怎么讓各種基本粒子有了質(zhì)量的呢？你可以想象一個(gè)很大的音樂(lè)廣場(chǎng)轮傍，里面到處都站著狂熱的粉絲暂雹。不過(guò)，這些粉絲對(duì)于不同的人會(huì)做出不同的反應(yīng)创夜。如果你只是一個(gè)路人小透明杭跪，你大可以安安靜靜地穿過(guò)這片廣場(chǎng)，不會(huì)受到任何阻礙驰吓。粉絲們壓根就懶得理睬你涧尿。不過(guò)如果你是一個(gè)大明星，那情況就完全不同了檬贰。不論你走到哪里姑廉，狂熱的粉絲都會(huì)撲到你的身邊。你的名氣越大翁涤，撲上來(lái)的人就越多桥言。

從物理上講，靜質(zhì)量為0的光子就相當(dāng)于一個(gè)毫無(wú)名氣的小透明葵礼。它跟希格斯場(chǎng)不發(fā)生任何作用号阿，所以可以自由穿梭在空間里，始終保持本身靜止質(zhì)量為0鸳粉。而電子和夸克就不一樣了扔涧，它們是有點(diǎn)“名氣”的人。所以希格斯場(chǎng)會(huì)在它們身上產(chǎn)生效應(yīng)届谈，就像是粉絲撲到你身上一樣枯夜，于是就產(chǎn)生了不同的“質(zhì)量”。名氣越高艰山，撲上來(lái)的粉絲就越多湖雹，你的質(zhì)量也就越大。如果都是明星曙搬，那夸克的名氣就比電子大摔吏，所以它的質(zhì)量也比電子大汤踏。

就這樣，通過(guò)希格斯場(chǎng)的假設(shè)舔腾，物理學(xué)家們解釋了各種基本粒子質(zhì)量的由來(lái)。但是科學(xué)最重要的是講證據(jù)搂擦。我們還需要切實(shí)的證據(jù)稳诚，才能證明這個(gè)希格斯場(chǎng)真的存在。這個(gè)證據(jù)是什么瀑踢？這就是我們一直提到的扳还，很重要的那個(gè)粒子，就是希格斯玻色子橱夭。

希格斯玻色子是什么東西氨距？它其實(shí)是希格斯場(chǎng)在變化過(guò)程中，產(chǎn)生的一種粒子棘劣。我們還是把希格斯場(chǎng)想象成廣場(chǎng)上的粉絲俏让，這些粉絲會(huì)原地轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去，尋找明星的出現(xiàn)茬暇。每個(gè)粉絲手上都拿著一根熒光棒首昔，隨著他們的轉(zhuǎn)動(dòng)，你在各個(gè)方向上都可以不斷地看到熒光棒發(fā)出的閃光糙俗。這種閃光就是希格斯玻色子勒奇。總而言之巧骚，希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的產(chǎn)物赊颠。如果我們發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，就可以直接證明希格斯場(chǎng)的存在劈彪，這就是它的重要意義所在竣蹦。

不過(guò)，發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子可不是一件容易的事粉臊。因?yàn)檫@種粒子衰變得很快草添，它一出現(xiàn)，迅速就會(huì)變成其他粒子扼仲。而且远寸，我們并不知道希格斯玻色子本身的質(zhì)量到底是多少，所以它究竟會(huì)衰變成什么粒子屠凶，我們也不能確定驰后，只好一個(gè)個(gè)地去試。這好比大海撈針矗愧，你要把所有的可能性都檢查一遍灶芝，可想而知是多么困難郑原。

科學(xué)家提出希格斯玻色子的猜想是在1964年，然后整整有48年的時(shí)間夜涕，科學(xué)家一直在苦苦尋找這個(gè)粒子的蹤跡犯犁。因?yàn)榈却臅r(shí)間實(shí)在太漫長(zhǎng)了，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主萊德曼甚至在他的書里女器，把這種粒子稱為“該死的粒子”酸役。該死的，英文就是Goddamn驾胆，但這是個(gè)粗話涣澡，所以在出版的時(shí)候，編輯把這個(gè)詞改了丧诺。把后面的damn去掉入桂，只剩下God。God就是上帝驳阎，所以希格斯玻色子就莫名其妙地被叫作了“上帝粒子”抗愁。實(shí)際上它跟上帝半點(diǎn)關(guān)系也沒(méi)有。

不過(guò)有意思的是搞隐，這個(gè)詞在大眾中間卻非常受歡迎驹愚。大家雖然不知道“希格斯玻色子”是什么東西，但一聽(tīng)“上帝粒子”劣纲，就覺(jué)得很高大上逢捺。你可別小看這個(gè)綽號(hào)，之前美國(guó)議會(huì)曾經(jīng)投票否決了超級(jí)加速器的建造癞季，就是因?yàn)樽h員們根本不理解希格斯玻色子究竟是個(gè)什么東西梗摇，為什么要花100多億美元造個(gè)機(jī)器來(lái)發(fā)現(xiàn)它赏廓。而自從它有了“上帝粒子”這個(gè)稱號(hào)之后意蛀，加速器在歐洲通過(guò)審核就順利了很多突勇。大家一聽(tīng)，這個(gè)加速器原來(lái)可以發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”废睦，不得了伺绽，雖然有點(diǎn)貴，但也值了嗜湃。所以奈应，為什么大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)不造在美國(guó)，而是歐洲购披，最后也是歐洲核子研究中心發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子杖挣，跟它這個(gè)拉風(fēng)的綽號(hào)還真不能說(shuō)沒(méi)有關(guān)系。

以上是我們解讀的第二部分刚陡，我們講了希格斯玻色子可以證明希格斯場(chǎng)的存在惩妇，而希格斯場(chǎng)是基本粒子具有“質(zhì)量”的源頭株汉。不過(guò)，除了解釋質(zhì)量之外歌殃，希格斯場(chǎng)在物理學(xué)上還有更重要的意義乔妈，這就是我要為你解讀的第三部分：為什么說(shuō)希格斯玻色子是物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一？因?yàn)樗俏锢韺W(xué)走向“大一統(tǒng)”的關(guān)鍵所在氓皱。

第三部分

我們中國(guó)人向來(lái)有著“大一統(tǒng)”情結(jié)褒翰，其實(shí)物理學(xué)家也有。物理學(xué)家的“大一統(tǒng)”是什么匀泊？就是想把所有的物理現(xiàn)象，都統(tǒng)一到同一個(gè)理論框架里面去朵你，用一個(gè)萬(wàn)能的方程去解釋宇宙里所有的事情各聘。不過(guò)呢，我們前面說(shuō)過(guò)了抡医，宇宙里存在著四種不同的力躲因，對(duì)吧？引力忌傻，電磁力大脉，強(qiáng)力和弱力。這四種力要用四種不同的物理理論來(lái)描述水孩。比如引力要用到相對(duì)論镰矿，電磁力要用到麥克斯韋電磁理論，強(qiáng)力和弱力也各有自己的方程俘种。這就讓物理學(xué)家很不爽秤标，在他們看來(lái)，這顯然是不合理的：為什么大自然要多此一舉宙刘，創(chuàng)造四種不同的力呢苍姜？

但自從希格斯場(chǎng)的理論提出之后，人們逐漸意識(shí)到了問(wèn)題所在悬包。我們前面提到了衙猪，在電磁作用里，被扔來(lái)扔去的交換粒子是光子布近，而弱力的交換粒子是W和Z兩種玻色子垫释。光子沒(méi)有質(zhì)量，而W和Z玻色子有質(zhì)量吊输，這就造成了電磁力和弱力的不同饶号。那么，為什么光子會(huì)沒(méi)有質(zhì)量季蚂，兩種玻色子卻有質(zhì)量呢茫船？我們前面也說(shuō)了琅束，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)谙８袼箞?chǎng)里造成的反應(yīng)不同，光子是“小透明”算谈，兩種玻色子則有點(diǎn)“名氣”涩禀，所以有了質(zhì)量。現(xiàn)在關(guān)鍵來(lái)了然眼，為什么希格斯場(chǎng)會(huì)造成這種區(qū)別艾船？這里的機(jī)制到底是什么？

20世紀(jì)60年代之后高每，科學(xué)家想到了一種非常巧妙的解釋屿岂，叫作“對(duì)稱性自發(fā)破缺”。這個(gè)概念聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)難鲸匿，我們還是用粉絲來(lái)打比方爷怀。你可以想象在最開(kāi)始的時(shí)候，每個(gè)粉絲都閉著眼睛带欢，而且面向不同的方向运授。這時(shí)候，任何明星對(duì)他們來(lái)說(shuō)都沒(méi)有區(qū)別乔煞。但是吁朦，接下來(lái)產(chǎn)生了一次關(guān)鍵變化，所有的粉絲都隨機(jī)轉(zhuǎn)向某個(gè)方向渡贾，并且睜開(kāi)眼睛逗宜。這個(gè)關(guān)鍵變化，就是對(duì)稱性自發(fā)破缺空骚。變化發(fā)生后锦溪，就有了區(qū)別。如果粉絲恰好轉(zhuǎn)向東邊府怯，那么刻诊，只有東邊來(lái)的明星才會(huì)被他們看到，并且撲上去產(chǎn)生質(zhì)量牺丙。而其他方向過(guò)來(lái)的明星他們是看不到的则涯，就不會(huì)有什么反應(yīng)。

希格斯場(chǎng)就是這樣冲簿，最開(kāi)始的時(shí)候粟判，它對(duì)所有的粒子都不理不睬，可謂一視同仁峦剔。然而档礁，在宇宙誕生后很短的時(shí)間里，希格斯場(chǎng)發(fā)生了一次對(duì)稱性自發(fā)破缺吝沫。這之后呻澜，它對(duì)不同的粒子就開(kāi)始“區(qū)別對(duì)待”了递礼。有些粒子可以和希格斯場(chǎng)發(fā)生反應(yīng)，就被賦予了質(zhì)量羹幸，有些粒子一直被冷淡對(duì)待脊髓。這就造成了各種基本粒子的不同。

這個(gè)解釋后來(lái)被三位物理學(xué)家栅受，溫伯格将硝、薩拉姆和格拉肖分別證明，光子和W屏镊、Z玻色子的區(qū)別依疼，其實(shí)就來(lái)自于對(duì)稱性自發(fā)破缺。證明它有什么用呢而芥？用處就在于涛贯，這說(shuō)明在對(duì)稱性自發(fā)破缺發(fā)生之前，電磁力和弱力實(shí)際上并沒(méi)有區(qū)別蔚出，它們根本就是同一種東西！

這個(gè)理論叫作“電弱統(tǒng)一理論”虫腋，“電”就是電磁力骄酗，“弱”就是弱力。這是物理學(xué)上至關(guān)重要的一步悦冀。它第一次證明了趋翻，在大自然的四種力里面，有兩種其實(shí)是完全一樣的盒蟆，只是由于希格斯場(chǎng)的對(duì)稱性自發(fā)破缺踏烙，才變成了看起來(lái)不同的兩種東西±龋可以說(shuō)讨惩，這給物理學(xué)家“大一統(tǒng)”的信念打了一劑強(qiáng)心針。從此以后寒屯，絕大多數(shù)人都開(kāi)始相信荐捻，在最早的時(shí)候，宇宙里實(shí)際上只有一種力寡夹，只不過(guò)隨著時(shí)間流逝处面，它們才逐漸分化成了四種看上去不同的形式。這樣一來(lái)菩掏，物理學(xué)家就有了一個(gè)終極的追求目標(biāo)魂角，就是找到那個(gè)可以統(tǒng)一描述所有四種力的理論。這是我們宇宙的終極奧秘智绸，也可以說(shuō)是物理學(xué)的最高榮譽(yù)野揪。

在統(tǒng)一了電磁力和弱力之后访忿，科學(xué)家逐漸開(kāi)始把強(qiáng)力也拉到這個(gè)框架里來(lái)。我們前面說(shuō)過(guò)了囱挑，這三種力都可以用一種叫作規(guī)范場(chǎng)的理論框架來(lái)描述醉顽，只不過(guò)各自需要設(shè)定不同的參數(shù)。在電弱統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)上平挑，人們把三種不同的參數(shù)聯(lián)合起來(lái)游添，得到了一個(gè)可以同時(shí)描述三種力的模型，叫作“粒子標(biāo)準(zhǔn)模型”通熄。這個(gè)模型可以精準(zhǔn)地預(yù)言唆涝，在我們的宇宙里，一共存在著61種基本粒子唇辨。其中物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了60種廊酣，而剩下的那最后一種，就是希格斯玻色子赏枚。

所以現(xiàn)在你可以理解亡驰，為什么2012年，歐洲核子研究中心宣布證實(shí)希格斯玻色子的存在饿幅，會(huì)成為爆炸性新聞了吧凡辱？因?yàn)榈谝唬C實(shí)了希格斯場(chǎng)的存在栗恩，解釋了萬(wàn)事萬(wàn)物質(zhì)量的來(lái)源透乾。第二，它有力地支持了粒子標(biāo)準(zhǔn)模型磕秤，從而讓物理學(xué)向著大一統(tǒng)的目標(biāo)又邁進(jìn)了堅(jiān)實(shí)的一步乳乌。

不過(guò)，物理學(xué)的萬(wàn)里長(zhǎng)征這才剛剛開(kāi)始市咆，擺在我們眼前的道路其實(shí)還很漫長(zhǎng)汉操。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)模型其實(shí)并沒(méi)有完全統(tǒng)一電弱力和強(qiáng)力。如果把三種力比喻成三個(gè)國(guó)家蒙兰，那么客情，電磁力和弱力這兩個(gè)王國(guó)已經(jīng)是完全合并了，而強(qiáng)力僅僅只是跟它們組成了一個(gè)緊密的聯(lián)盟癞己，并沒(méi)有完全合并成一個(gè)國(guó)家膀斋。而且還有一些實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并不支持標(biāo)準(zhǔn)模型痹雅。所以這個(gè)模型是不是肯定正確仰担，我們現(xiàn)在還不得而知。

更重要的是，我們對(duì)引力仍然束手無(wú)策摔蓝，還沒(méi)有很好的辦法把引力和其他三種力徹底結(jié)合起來(lái)赂苗。如果你對(duì)物理很感興趣，一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)所謂的“超弦理論”或者“M理論”贮尉。這都是在物理學(xué)界很火爆的名詞拌滋。它們就是研究如何把引力和其他三種力統(tǒng)一起來(lái)的理論。不過(guò)到現(xiàn)在為止猜谚，我們還沒(méi)有辦法證明這些理論是正確的败砂。所以，把宇宙里所有的四種力統(tǒng)一在一起的目標(biāo)魏铅，目前仍然還是一個(gè)遙遙無(wú)期的前景昌犹。如果有朝一日，有人能夠完成這個(gè)終極目標(biāo)的話览芳，那么他在物理學(xué)歷史上的地位斜姥，肯定可以媲美牛頓和愛(ài)因斯坦。

總結(jié)

這本書的解讀就到這里沧竟。最后铸敏，讓我們回顧一下本期音頻的內(nèi)容。

咱們今天說(shuō)了很多物理學(xué)里非常重要的概念悟泵，像是強(qiáng)力杈笔、弱力、質(zhì)量魁袜、標(biāo)準(zhǔn)模型等等。但是我覺(jué)得如果聽(tīng)完這本書敦第，最值得你記住的概念峰弹，那應(yīng)該是希格斯玻色子。它就像一個(gè)樞紐芜果，能把這一堆概念都串起來(lái)鞠呈。

你看，我們?cè)诘谝徊糠种v到右钾，強(qiáng)力蚁吝、弱力、電磁力舀射，看起來(lái)是完全不同的三種力窘茁，但是其實(shí)，它們是因?yàn)橄８袼箞?chǎng)的“對(duì)稱性自發(fā)破缺”脆烟，才造成的區(qū)分山林。本質(zhì)上，它們是同一種東西邢羔。我們?cè)诘诙糠滞漳ǎ脧?qiáng)力和弱力解釋了世間萬(wàn)物“質(zhì)量”的來(lái)源桑孩。如果把這個(gè)問(wèn)題往下深挖，還是會(huì)回歸到希格斯場(chǎng)框冀。希格斯場(chǎng)對(duì)不同粒子的不同態(tài)度流椒，讓不同粒子有了不同的質(zhì)量。而我們?cè)谛侣勆辖?jīng)趁饕玻看到的“希格斯玻色子”宣虾，就是希格斯場(chǎng)的產(chǎn)物，也是它存在的直接證據(jù)诡右。

最后在第三部分安岂，我們說(shuō)到了最重要的部分。希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)帆吻，有力地支持了粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型域那。為什么說(shuō)希格斯玻色子是近年來(lái)物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一？就是因?yàn)樗辛Φ刂С至宋锢韺W(xué)“大一統(tǒng)”的終極夢(mèng)想猜煮，讓我們向這個(gè)目標(biāo)又邁進(jìn)了決定性的一步次员。

雖然粒子標(biāo)準(zhǔn)模型還不是宇宙的終極理論，但可以說(shuō)王带，這是有史以來(lái)人類智慧最偉大的構(gòu)建之一淑蔚，也是人類文明發(fā)展到現(xiàn)在為止的最高成就之一。我今天為你介紹的愕撰，其實(shí)還不是這個(gè)理論的全部刹衫。你可以去看一看今天介紹的這本書。請(qǐng)相信搞挣，如果真的能夠深入了解這個(gè)理論带迟，你一定會(huì)跟大栗博司在前言里寫的那樣，從內(nèi)心里發(fā)出由衷的贊嘆：“人類囱桨，真了不起仓犬！”