上節(jié)課我們說(shuō)到了宇宙责语，里面有光和其他物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)天试。光由光子組成，這是愛(ài)因斯坦憑直覺(jué)想出的光的微粒坞生。我們看到的物體都是由原子組成的仔役。原子由一個(gè)原子核和圍繞它的電子組成，原子核由緊密聚集在一起的質(zhì)子和中子構(gòu)成恨胚。質(zhì)子和中子則由更小的粒子構(gòu)成骂因，美國(guó)物理學(xué)家默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）為它們?nèi)∶翱淇恕保╭uark）。他的靈感來(lái)自詹姆斯·喬伊斯的小說(shuō)《芬尼根守靈夜》中一句沒(méi)有意義的話里的一個(gè)沒(méi)有意義的詞：“給馬斯特·馬克來(lái)三夸克赃泡！”我們觸碰到的每樣?xùn)|西都是由電子和這些夸克組成的寒波。
夸克之所以能夠在質(zhì)子和中子里“黏”在一起乘盼，是因?yàn)橐环N物理學(xué)家們稱作“膠子”（gluons）的粒子，它是從英文的“膠水”（glue）變化而來(lái)的俄烁，科學(xué)家們?nèi)∶麜r(shí)似乎并沒(méi)有發(fā)覺(jué)這個(gè)詞有點(diǎn)可笑绸栅。
我們身邊的所有物體都是由電子、夸克页屠、光子和膠子組成的粹胯，它們就是粒子物理學(xué)中所講的“基本粒子”。除此之外還有幾種粒子辰企，例如中微子（neutrino）——它布滿了整個(gè)宇宙风纠，但并不跟我們發(fā)生交互作用，還有希格斯玻色子（Higgs boson）——不久前日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)的粒子牢贸。但這些粒子并不多竹观，只有不到十種。這少量的基本原料潜索，如同大型樂(lè)高玩具中的小積木臭增，靠它們建造出了我們身邊的整個(gè)物質(zhì)世界。
量子力學(xué)描述了這些粒子的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)方式竹习。這些粒子當(dāng)然并不像小石子那般真實(shí)可感誊抛，而是相應(yīng)的場(chǎng)的“量子”，比方說(shuō)光子是電磁場(chǎng)的“量子”整陌。就跟在法拉第和麥克斯韋的電磁場(chǎng)中一樣拗窃，它們是這些變化的基底場(chǎng)中的元激發(fā)，是極小的移動(dòng)的波包泌辫。它們的消失和重現(xiàn)遵循量子力學(xué)的奇特定律：存在的每樣?xùn)|西都是不穩(wěn)定的并炮，永遠(yuǎn)都在從一種相互作用躍遷到另一種相互作用。
即使我們觀察的是空間中一塊沒(méi)有原子的區(qū)域甥郑，還是可以探測(cè)到粒子的微小涌動(dòng)逃魄。徹底的虛空是不存在的，就像最平靜的海面澜搅，我們湊近看還是會(huì)發(fā)現(xiàn)細(xì)微的波動(dòng)和振蕩伍俘。構(gòu)成世界的各種場(chǎng)也會(huì)輕微地波動(dòng)起伏，我們可以想象勉躺，組成世界的基本粒子在這樣的波動(dòng)中不斷地產(chǎn)生癌瘾、消失。
這就是量子力學(xué)和粒子理論描述的世界饵溅。這同牛頓和拉普拉斯（Laplace）的世界相去甚遠(yuǎn)：在那里妨退，冰冷的小石子在不變的幾何空間里沿著精確而漫長(zhǎng)的軌跡永恒不變地運(yùn)動(dòng)著。量子力學(xué)和粒子實(shí)驗(yàn)告訴我們，世界是物體連續(xù)的咬荷、永不停歇的涌動(dòng)冠句，是稍縱即逝的實(shí)體不斷地出現(xiàn)和消失，是一系列的振蕩幸乒，就像20世紀(jì)60年代時(shí)髦的嬉皮世界懦底，一個(gè)由事件而非物體構(gòu)成的世界。
粒子理論的細(xì)節(jié)在20世紀(jì)50—70年代逐漸得到完善罕扎。參與這項(xiàng)工作的有20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家聚唐，如理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）和蓋爾曼，還有一群舉足輕重的意大利人腔召。這些細(xì)節(jié)的建構(gòu)導(dǎo)出了一個(gè)復(fù)雜的理論杆查，它建立在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，被稱為“基本粒子標(biāo)準(zhǔn)模型”臀蛛，一個(gè)不太浪漫的名字根灯。20世紀(jì)70年代，在其所有預(yù)測(cè)被一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)之后掺栅，這個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型”終于得以確立。1984年纳猪，我們意大利現(xiàn)在的參議員卡洛·魯比亞（Carlo Rubbia）還憑著這個(gè)模型的首批數(shù)據(jù)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)氧卧。2013年希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，完成了“標(biāo)準(zhǔn)模型”確認(rèn)工作的最后一環(huán)氏堤。
雖然有一系列成功的實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)家們卻從未真正認(rèn)真看待“標(biāo)準(zhǔn)模型”。這個(gè)理論至少第一眼看上去零零碎碎告喊，東拼西湊晨抡。它由不同的理論和方程集合而成，看不出有什么清晰的秩序购笆。它描述了某些場(chǎng)粗悯，通過(guò)由某些常數(shù)決定的某些力相互作用，表現(xiàn)出某些對(duì)稱性（可為何非得是這些場(chǎng)同欠、這些常數(shù)样傍、這些力和這些對(duì)稱性呢）。我們距離廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的簡(jiǎn)潔方程還很遙遠(yuǎn)铺遂。
標(biāo)準(zhǔn)模型方程對(duì)世界進(jìn)行預(yù)測(cè)的方式也復(fù)雜得離譜衫哥。直接使用這些方程會(huì)得出毫無(wú)意義的預(yù)測(cè)，因?yàn)橛?jì)算出來(lái)的每個(gè)數(shù)都是無(wú)窮大襟锐。要想得到有意義的結(jié)果撤逢，必須假定參數(shù)本身就是無(wú)窮大，才能抵消荒謬的結(jié)果，讓它們變得合理蚊荣。這道曲折迂回的程序就是“重整化”（renormalization）初狰；它在實(shí)際應(yīng)用上是可行的，但那些追求簡(jiǎn)潔性的人仍覺(jué)得有所欠缺妇押。
愛(ài)因斯坦之后20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家跷究，量子科學(xué)最重要的建立者，標(biāo)準(zhǔn)模型第一個(gè)也是最主要的方程的作者——保羅·狄拉克（Paul Dirac）敲霍，在他生命的最后幾年曾反復(fù)表達(dá)他對(duì)這一狀況的不滿俊马，他說(shuō)：“我們還沒(méi)有解決這個(gè)問(wèn)題〖玷荆”
近幾年柴我，標(biāo)準(zhǔn)模型還出現(xiàn)了一個(gè)明顯的缺陷。天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)扩然，在每一個(gè)星系的周圍都存在著一團(tuán)巨大的云狀物艘儒。我們是通過(guò)它對(duì)星體的引力和它使光發(fā)生偏折的現(xiàn)象才間接發(fā)現(xiàn)它的。我們無(wú)法直接看到這團(tuán)巨大的云夫偶，也不知道它由什么組成界睁。科學(xué)家們提出了很多假設(shè)兵拢，卻沒(méi)有一個(gè)說(shuō)得通翻斟。很明顯有東西在那兒，但它具體是什么说铃，我們卻無(wú)從知曉访惜。今天我們把它稱為“暗物質(zhì)”（dark matter），一種無(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)模型描述的東西腻扇，不然我們也不會(huì)看不見(jiàn)它了债热。它不是原子，不是中微子幼苛，也不是光子……
親愛(ài)的讀者窒篱，天空和大地上存在著超出我們的哲學(xué)或物理學(xué)想象的東西，這也不是什么新鮮事了舶沿。就在不久之前舌剂，我們還在懷疑無(wú)線電波和中微子的存在呢，盡管它們充滿了整個(gè)宇宙暑椰。
迄今為止霍转，標(biāo)準(zhǔn)模型仍然是解釋物質(zhì)世界最好的理論，它的預(yù)測(cè)全都得到了證實(shí)一汽。除了暗物質(zhì)和廣義相對(duì)論中被描述為時(shí)空曲率的引力之外避消，它很好地解釋了已知世界的方方面面低滩。
曾有人提出其他理論，試圖替代標(biāo)準(zhǔn)模型岩喷，但都被實(shí)驗(yàn)推翻了恕沫。例如，20世紀(jì)70年代有人提出了一個(gè)不錯(cuò)的理論纱意，稱為SU（5）理論婶溯，它用一個(gè)更簡(jiǎn)潔優(yōu)雅的結(jié)構(gòu)取代了標(biāo)準(zhǔn)模型中無(wú)序的方程。這個(gè)理論預(yù)測(cè)質(zhì)子會(huì)以一定的概率衰變偷霉，分解成電子和夸克迄委。科學(xué)家們?cè)炝撕芏嗑扌蛢x器类少，來(lái)觀測(cè)質(zhì)子的衰變叙身。有些物理學(xué)家為尋找可觀測(cè)到的質(zhì)子衰變奉獻(xiàn)了一生（由于衰變需要太長(zhǎng)時(shí)間，所以不能一次只觀測(cè)一個(gè)質(zhì)子硫狞，人們?nèi)?lái)成噸的水信轿，在周圍安裝靈敏的探測(cè)器觀測(cè)質(zhì)子衰變的效應(yīng)）〔蟹裕可是财忽，唉，至今還沒(méi)有人觀測(cè)到質(zhì)子的衰變呢泣侮。SU（5）這個(gè)漂亮的理論即彪，雖然簡(jiǎn)潔美妙，卻得不到上帝的青睞旁瘫。
同樣的故事也許正在上演。有一種被稱為“超對(duì)稱”的理論預(yù)言存在一類新粒子琼蚯。在整個(gè)物理生涯中酬凳，我不斷聽(tīng)說(shuō)有同事在滿懷信心地期待著這些粒子不日就被發(fā)現(xiàn)。但是隨著時(shí)間的流逝遭庶，一天天宁仔、一月月、一年年峦睡、數(shù)十載……這些超對(duì)稱粒子依然沒(méi)有現(xiàn)身翎苫。物理學(xué)史并非只有成功。
所以我們現(xiàn)在還只能依賴標(biāo)準(zhǔn)模型榨了。它可能不太優(yōu)美煎谍，但是用來(lái)解釋我們周圍的世界卻很好用。誰(shuí)知道呢龙屉，仔細(xì)想想呐粘，或許并不是這個(gè)模型不優(yōu)美满俗，而是我們還沒(méi)有學(xué)會(huì)從正確的角度看待它，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)隱藏其中的簡(jiǎn)潔作岖。如今唆垃，這就是我們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)：
屈指可數(shù)的幾種基本粒子，不斷地在存在和不存在之間振動(dòng)痘儡、起伏辕万，充斥在似乎一無(wú)所有的空間中。它們就像宇宙字母表里的字母沉删，以無(wú)窮無(wú)盡的組合渐尿，講述星系、繁星丑念、陽(yáng)光涡戳、山川、森林脯倚、田地渔彰，以及節(jié)日里孩子臉上的笑容和星光璀璨的夜空的漫長(zhǎng)歷史。