物理學(xué)陷入困境：接下來(lái)該怎么辦？將量子理論和粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型這兩大20世紀(jì)的支柱理論整合起來(lái)，創(chuàng)建出一個(gè)最終解釋萬(wàn)事萬(wàn)物運(yùn)行規(guī)律的“萬(wàn)物之理”，仍舊是科學(xué)家們一直在苦苦追尋的夢(mèng)想。疑似希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)或許只是一個(gè)啟示，告訴我們到了我們?cè)俅嗡⑿挛锢韺W(xué)面貌的時(shí)候了。當(dāng)然，一切還是要從最基本的問(wèn)題出發(fā)。為此，英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站集結(jié)了眾多當(dāng)代著名物理學(xué)家的真知灼見(jiàn)，為我們梳理了物理學(xué)的現(xiàn)狀和面臨的困境，以幫助我們消除心頭的疑問(wèn)。第一部分：物理學(xué)陷入的困境布賴(lài)恩·格林：美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的理論物理學(xué)教授，以下文字摘自于他2011年出版的著作《隱藏的現(xiàn)實(shí)》。格林被公認(rèn)在超弦理論中做出了很多具有開(kāi)拓性的發(fā)現(xiàn)，他曾在20多個(gè)國(guó)家開(kāi)過(guò)普及和專(zhuān)業(yè)講座，著有《優(yōu)雅的宇宙》《宇宙結(jié)構(gòu)和優(yōu)雅宇宙》等書(shū)。數(shù)學(xué)是現(xiàn)實(shí)之根嗎？是什么讓我們?nèi)绱舜_定數(shù)學(xué)能揭示自然界最深處的奧秘呢？19世紀(jì)晚期，英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋意識(shí)到光是一種電磁波，他基于此創(chuàng)立的麥克斯韋方程組表明，光速應(yīng)該為30萬(wàn)千米/秒。這一數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值相差無(wú)幾。但是，麥克斯韋方程組給后人留下了一點(diǎn)小小煩惱，那就是，30萬(wàn)千米/秒這一數(shù)值是相對(duì)于什么而言的呢？愛(ài)因斯坦為了解決光速的參考系問(wèn)題，人為地引入了“以太（aether）”這一概念。愛(ài)因斯坦設(shè)想在宇宙中充滿(mǎn)了一種均勻的無(wú)質(zhì)量的物質(zhì)，他把它叫做“以太”，光速就是以這種“以太”為參照系的。但是，后來(lái)的理論發(fā)展和實(shí)驗(yàn)卻證明，“以太”是不存在的，光速在任何參考系中都是一樣的。這也是狹義相對(duì)論的一個(gè)基礎(chǔ)。愛(ài)因斯坦創(chuàng)立的狹義相對(duì)論顛覆了幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)與空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量有關(guān)的一切思想，但愛(ài)因斯坦并沒(méi)有止步于此，最終，他創(chuàng)立了廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論認(rèn)為，萬(wàn)有引力不是一般的力，而是時(shí)空彎曲的表現(xiàn)。廣義相對(duì)論目前仍然是宇宙模型的基礎(chǔ)。上述細(xì)節(jié)具有重大的歷史意義，但又不僅如此，所有人都看到了麥克斯韋方程組背后的數(shù)學(xué)，而只有天才的愛(ài)因斯坦才花費(fèi)了很大的精力和心血來(lái)研究它，并最終基于此做出了偉大的發(fā)現(xiàn)。這個(gè)故事很好地闡釋了諾貝爾獎(jiǎng)得主史蒂芬·溫伯格的一段話(huà)。溫伯格曾經(jīng)表示：“我們的錯(cuò)誤并不在于我們太把已有的理論當(dāng)回事，而在于我們并沒(méi)有對(duì)它們給予足夠的重視。”溫伯格的這段話(huà)指的是天文學(xué)上的另一個(gè)重大突破——美國(guó)科學(xué)家拉爾夫·阿爾法、羅伯特·赫爾曼以及喬治·伽莫夫的預(yù)測(cè)，即大爆炸之后的瞬間會(huì)產(chǎn)生宇宙微波背景輻射。其實(shí)，只要科學(xué)家們將廣義相對(duì)論與基本的熱力學(xué)理論結(jié)合在一起考慮，就會(huì)自然而然地得出上述結(jié)論。1948年，阿爾法和赫爾曼預(yù)言，宇宙大爆炸產(chǎn)生的殘留輻射，由于宇宙的膨脹和冷卻，如今它所具有的溫度約為絕對(duì)零度（零下273攝氏度）以上5開(kāi)，或者說(shuō)5k。但是他們的預(yù)言并未引起人們的普遍重視。直到1965年，美國(guó)新澤西州貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩位無(wú)線(xiàn)電工程師阿爾諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜在為跟蹤一顆衛(wèi)星而校準(zhǔn)一具很靈敏的無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)時(shí)，十分意外地發(fā)現(xiàn)了這種宇宙輻射場(chǎng)。與此同時(shí)，在附近的普林斯頓大學(xué)，由羅伯特·迪克領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)小組也已獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了阿爾法和赫爾曼作過(guò)的預(yù)言，并著手設(shè)計(jì)出了一臺(tái)探測(cè)器以供搜索大爆炸的殘留輻射。他們假設(shè)它是熱輻射，那么它所具有的能量就相應(yīng)于2.7k的溫度——這與阿爾法和赫爾曼富于靈感的估計(jì)非常接近。科學(xué)家們將其稱(chēng)為“宇宙微波背景輻射”。宇宙微波背景輻射的存在，給大爆炸理論提供了有力的支持。無(wú)可否認(rèn)，溫伯格的這句話(huà)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。盡管多年來(lái)，已經(jīng)有很多實(shí)驗(yàn)證明與現(xiàn)實(shí)世界有關(guān)的數(shù)學(xué)是他埋首于書(shū)桌得到的，但是這并不是說(shuō)我們的理論學(xué)家們隨便涂抹的任何方程式都能達(dá)到溫伯格的水平。沒(méi)有令人信服的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)定哪個(gè)方程式值得認(rèn)真對(duì)待，這可真是一件藝術(shù)活。當(dāng)然，愛(ài)因斯坦就是這方面的藝術(shù)大師。在他于1905年發(fā)表了狹義相對(duì)論公式之后的幾十年內(nèi)，他就對(duì)數(shù)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域爛熟于心了，而同時(shí)代的大多數(shù)物理學(xué)家則對(duì)這些領(lǐng)域知之甚少甚至一無(wú)所知。在他邁向廣義相對(duì)論的最終等式的過(guò)程中，在將這些數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)同他的物理學(xué)直覺(jué)結(jié)合在一起這個(gè)方面，愛(ài)因斯坦展示出了罕見(jiàn)的天賦。比如1919年，當(dāng)愛(ài)因斯坦看到一條消息說(shuō)，科學(xué)家們對(duì)日全食的觀測(cè)證實(shí)了廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)——光應(yīng)沿著曲線(xiàn)行進(jìn)時(shí)，他強(qiáng)調(diào)說(shuō)，要是結(jié)果不一樣，“他只能對(duì)上帝說(shuō)‘抱歉’了，因?yàn)樗_信他的理論是正確的”。我非常確信，當(dāng)能夠顛覆廣義相對(duì)論的有說(shuō)服力的數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，愛(ài)因斯坦肯定會(huì)換種口氣說(shuō)話(huà)。但是，愛(ài)因斯坦的這句話(huà)，卻很好地展示了一套數(shù)學(xué)方程式如何通過(guò)它們條理清晰的內(nèi)部邏輯、優(yōu)雅美妙的結(jié)構(gòu)以及廣泛的適用性來(lái)精確地彰顯現(xiàn)實(shí)。幾個(gè)世紀(jì)的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)為我們提供了豐富的證據(jù)，表明數(shù)學(xué)能夠揭示世間萬(wàn)事萬(wàn)物不為人知的運(yùn)行奧秘，而且，物理學(xué)也在數(shù)學(xué)的引領(lǐng)下，一次次迎來(lái)了不朽的巨變。然而，愛(ài)因斯坦對(duì)于他本人提出的數(shù)學(xué)方程，接受程度也是有限的。他并沒(méi)有“足夠認(rèn)真”地看待他的廣義相對(duì)論，他并不相信廣義相對(duì)論能預(yù)測(cè)出黑洞或者宇宙在不斷膨脹。但是，其他科學(xué)家卻比愛(ài)因斯坦本人更重視廣義相對(duì)論的方程式，而且，這些科學(xué)家研究愛(ài)因斯坦理論所取得的成就在近百年來(lái)已經(jīng)為人們理解宇宙學(xué)確定了航向。相反，在其生命的最后20年里，愛(ài)因斯坦將全副身心都投入到了數(shù)學(xué)領(lǐng)域，希望能夠?yàn)槲锢韺W(xué)創(chuàng)立一個(gè)大一統(tǒng)的理論。不過(guò)，當(dāng)我們檢閱歷史時(shí)，我們不得不承認(rèn)，那些年里，愛(ài)因斯坦對(duì)他所處的數(shù)學(xué)叢林過(guò)于執(zhí)著了，甚至有人都覺(jué)得他好像被數(shù)學(xué)牽著鼻子走，有點(diǎn)過(guò)于“盲目”了。在應(yīng)該認(rèn)真嚴(yán)肅地對(duì)待哪個(gè)方程式這一問(wèn)題上，甚至愛(ài)因斯坦有時(shí)也會(huì)犯錯(cuò)。量子力學(xué)卻為這種物理學(xué)和數(shù)學(xué)之間的困境提供了另外一種可能的解決辦法。1926年，埃爾溫·薛定諤寫(xiě)下了他的量子波等式，在此后的幾十年間，人們認(rèn)為這個(gè)等式僅僅與分子、原子和亞原子粒子等一些微小的領(lǐng)域相關(guān)。但是，1957年，普林斯頓大學(xué)的休·艾福雷特博士對(duì)愛(ài)因斯坦在半個(gè)世紀(jì)之前的建議——要嚴(yán)肅對(duì)待數(shù)學(xué)作出了回應(yīng)。艾福雷特認(rèn)為，薛定諤的等式應(yīng)該可以適用于任何方面，因?yàn)樗械奈镔|(zhì)，無(wú)論大小，都由原子、分子和亞原子粒子組成，而這些粒子全部遵循薛定諤提出的概率法則。按照這種邏輯推演下去，我們可以得出一個(gè)結(jié)論，那就是，不僅實(shí)驗(yàn)裝置會(huì)遵循薛定諤方程，實(shí)驗(yàn)對(duì)象也是如此。艾福雷特?fù)?jù)此提出了他的“多重宇宙理論”。該理論認(rèn)為，宇宙在第一次“大爆炸”后還在不斷“大爆炸”，形成無(wú)數(shù)宇宙，因此，在一系列平行世界中，所有可能的結(jié)果都可能會(huì)實(shí)現(xiàn)。50多年過(guò)去了，我們?nèi)匀徊恢腊＠滋氐耐普摲椒ㄊ欠裾_。但是，通過(guò)非常嚴(yán)肅認(rèn)真地對(duì)待量子理論背后的數(shù)學(xué)，他可能已經(jīng)做出了科學(xué)探索領(lǐng)域內(nèi)最有意義的一個(gè)。從此，旨在幫助我們更深入地理解現(xiàn)實(shí)的很多數(shù)學(xué)方程式，都普遍引入了各種版本的多重宇宙。簡(jiǎn)而化之，“多重宇宙”指的是在數(shù)學(xué)上允許存在的每個(gè)可能的宇宙都對(duì)應(yīng)著一個(gè)真實(shí)的宇宙。極端一點(diǎn)來(lái)說(shuō)就是，數(shù)學(xué)即現(xiàn)實(shí)。如果迫使我們思考平行世界的某些數(shù)學(xué)方程式或者所有的數(shù)學(xué)方程式都被證明與現(xiàn)實(shí)有關(guān)，那么，愛(ài)因斯坦著名的“追問(wèn)”——該宇宙擁有它所具有的特征是否僅僅因?yàn)闆](méi)有其他宇宙可能具有該特征這一問(wèn)題將有一個(gè)確定無(wú)疑的答案：不。我們的宇宙并非唯一一種可能，其性質(zhì)可能與現(xiàn)在不同，而且，其他宇宙的性質(zhì)確實(shí)也可能不同。如果真是如此，那么，為什么某些事情會(huì)是現(xiàn)在這種情況？為其尋找一個(gè)基本的解釋將是一件徒勞無(wú)功的事情。毫無(wú)疑問(wèn)，統(tǒng)計(jì)可能或者純粹是偶然無(wú)疑會(huì)進(jìn)入我們對(duì)于巨大宇宙的理解中。我并不知道事情最終會(huì)有一個(gè)怎樣的結(jié)局，也沒(méi)有任何人知道。但是，只有通過(guò)無(wú)畏的付出和追尋，我們才能深切地了解到我們的局限性。只有通過(guò)理智地追尋理論，通過(guò)嚴(yán)肅地對(duì)待數(shù)學(xué)，即使有些數(shù)學(xué)方程式會(huì)將我們引入完全陌生的領(lǐng)域，我們也有機(jī)會(huì)揭示隱藏著的現(xiàn)實(shí)。斯蒂芬·巴特斯：現(xiàn)居倫敦，是《新科學(xué)家》雜志的顧問(wèn)。宇宙心臟深處的黑暗虛空我們已經(jīng)建立起來(lái)的宇宙模型非常成功，可能很大程度上是因?yàn)椋Ｐ椭械慕^大部分完全是出自于我們的想象吧。對(duì)我們的眼睛來(lái)說(shuō)，星星即宇宙。但是，對(duì)宇宙學(xué)家來(lái)說(shuō)，星星不過(guò)是一些閃光的微塵，是宇宙這所大房子的重要裝飾物而已。在宇宙空間內(nèi)，還存在著兩種難以捉摸的物質(zhì)，其重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通的星星和氣體，那就是：暗物質(zhì)和暗能量，我們對(duì)它們一無(wú)所知，但我們知道，它們顯然與萬(wàn)事萬(wàn)物都有關(guān)聯(lián)。這對(duì)“孿生幽靈”或許足以讓我們停下奔忙的腳步，促使我們思考，我們歷時(shí)一個(gè)多世紀(jì)費(fèi)心費(fèi)力創(chuàng)建的宇宙模型是否正確。而且，情況還不止于此。我們的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型也表明，在大爆炸之后的一霎那，空間就被第三種目前還不為人所知的東西拉伸成形，科學(xué)家們將這第三種“暗勢(shì)力”稱(chēng)為“暴脹場(chǎng)”。這或許意味著，在我們看不見(jiàn)的地方，還存在著無(wú)窮多個(gè)其他的宇宙，其中的大部分宇宙對(duì)于我們來(lái)說(shuō)另類(lèi)得不可思議，其存在可能只是為了讓我們建立的宇宙模型更好地發(fā)揮作用而已。那么，讓我們的觀察來(lái)承載這些“暗夜幽靈”，是否有點(diǎn)過(guò)于沉重呢！？難不成真如馬克·吐溫所說(shuō)的：我們只是投資了一點(diǎn)微小的事實(shí)，就能得到一大堆的推測(cè)？我們的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)的物理學(xué)基礎(chǔ)是愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，廣義相對(duì)論始于一個(gè)非常簡(jiǎn)單的觀察：任何物體的引力重量完全等于其慣性質(zhì)量，愛(ài)因斯坦對(duì)這一等效原理的闡釋?zhuān)嗍菑V義相對(duì)論的根本精神，就是質(zhì)量導(dǎo)致時(shí)空彎曲，而彎曲的時(shí)空則導(dǎo)致其他質(zhì)量加速。蘋(píng)果落地就可以采用這種方法來(lái)解釋?zhuān)阂驗(yàn)榈厍虻馁|(zhì)量很大，使其周?chē)乃木S時(shí)空發(fā)生了彎曲，因此，蘋(píng)果就順著彎曲的時(shí)空向地球移動(dòng)了。廣義相對(duì)論是一種嶄新的重力理論。當(dāng)涉及到微弱的重力場(chǎng)時(shí)，它可被簡(jiǎn)化為牛頓理論。因此牛頓的重力理論可看成是廣義相對(duì)論的近似。日常生活的重力現(xiàn)象都可以用牛頓或廣義相對(duì)論描述。不過(guò)，當(dāng)重力場(chǎng)很強(qiáng)的時(shí)候，二者就有差異。在強(qiáng)大的重力場(chǎng)下，廣義相對(duì)論預(yù)言的有些結(jié)果就與牛頓重力相異。這些當(dāng)然都由時(shí)空彎曲引起。例如光線(xiàn)會(huì)被重力場(chǎng)扭曲，就沒(méi)有牛頓理論的對(duì)應(yīng)。廣義相對(duì)論的另外一個(gè)重要預(yù)測(cè)是，時(shí)空擾動(dòng)可以波動(dòng)形式傳播。這些引力波就像水面被擾動(dòng)時(shí)傳出的水波，但波動(dòng)的是時(shí)空本身。不過(guò)，引力波的強(qiáng)度很弱，而且物質(zhì)對(duì)引力波的吸收效率極低，因此直接探測(cè)引力波極為困難。美歐日等國(guó)家都在建造一些大型的引力波天線(xiàn)，希望能接收到宇宙遠(yuǎn)方傳來(lái)的微弱的引力波。曾有人宣稱(chēng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)探測(cè)到了引力波，但未得到公認(rèn)。1974年天文學(xué)家們觀察到一對(duì)致密的名為脈沖星的恒星相互圍繞，按照廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)，如果它們因?yàn)獒尫懦鲆Σ◤亩鴵p失一部分能量就會(huì)如此。在宇宙的尺度上，萬(wàn)有引力是自然界的支配之力，因此代表了現(xiàn)代物理學(xué)中引力理論研究最高水平的廣義相對(duì)論（是一種關(guān)于萬(wàn)有引力本質(zhì)的理論）是我們最好的工具，我們可以借助廣義相對(duì)論為宇宙創(chuàng)建模型，描述和展示宇宙作為一個(gè)整體是如何移動(dòng)的以及宇宙的一舉一動(dòng)。廣義相對(duì)論方程是一個(gè)以時(shí)空為自變量、以度規(guī)為因變量的帶有橢圓形約束的二階雙曲型偏微分方程，它以復(fù)雜而美妙著稱(chēng)，而且，其可調(diào)節(jié)的參數(shù)多得令人發(fā)憷，如果提供一個(gè)復(fù)雜的輸入，諸如真實(shí)宇宙的質(zhì)量和能量散亂分布的細(xì)節(jié)，這個(gè)方程幾乎就很難有解了。為了創(chuàng)建出一個(gè)實(shí)用的宇宙學(xué)模型，我們需要簡(jiǎn)化假設(shè)。其中主要的假設(shè)是哥白尼原則（thecopernicanprinciple），這是物理學(xué)和哲學(xué)的一條基本法則，以文藝復(fù)興時(shí)代提出“日心說(shuō)”的波蘭天文學(xué)家尼古拉·哥白尼命名。它的定義是：沒(méi)有一個(gè)觀測(cè)者有特別的位置，宇宙各處看起來(lái)應(yīng)該都一樣。當(dāng)我們?cè)谧銐虼蟮膶用嫔嫌^察時(shí)，也的確如此，萬(wàn)事萬(wàn)物都分布得非常均勻。這意味著愛(ài)因斯坦方程只需要帶入一個(gè)參數(shù)就夠了，那就是宇宙的物質(zhì)密度。廣義相對(duì)論認(rèn)為，時(shí)空彎曲的程度是由物質(zhì)的密度分布所決定的。愛(ài)因斯坦最大的錯(cuò)誤有鑒于此，愛(ài)因斯坦用具有統(tǒng)一密度的惰性塵埃來(lái)填充他的第一個(gè)精簡(jiǎn)版的宇宙模型，該模型所展示的宇宙在自身的引力下會(huì)收縮。他認(rèn)為這是個(gè)問(wèn)題，因此發(fā)明了一個(gè)術(shù)語(yǔ)（宇宙常數(shù)）來(lái)抵消幾乎無(wú)處不在的引力，用以保持宇宙的恒定不變。然而，上世紀(jì)20年代，觀測(cè)結(jié)果表明，宇宙實(shí)際上在不斷膨脹，愛(ài)因斯坦后來(lái)將宇宙常數(shù)稱(chēng)為他一生中“最大的錯(cuò)誤”。隨后，其他科學(xué)家將廣義相對(duì)論的方程式應(yīng)用于不斷膨脹的宇宙，并創(chuàng)建出了一個(gè)新的宇宙模型，該模型認(rèn)為宇宙源于一個(gè)最初密度無(wú)限大的點(diǎn)，因?yàn)槲镔|(zhì)的重力，宇宙膨脹的速度逐漸變慢。宇宙大爆炸天文學(xué)就這樣橫空出世了。不過(guò)，我們也面臨一個(gè)主要的問(wèn)題，那就是，這種膨脹是否會(huì)停止。答案似乎是否定的。在不斷漂浮的星系內(nèi)，重力能夠駕馭的物質(zhì)少得可憐，宇宙將不斷平滑地向外膨脹。此時(shí)此刻，暗物質(zhì)和暗能量這些宇宙“幽靈”開(kāi)始慢慢浮出水面，變得具體，且進(jìn)入人們的思維。20世紀(jì)30年代，瑞士天文學(xué)家弗里茨·茨威基發(fā)表了一個(gè)驚人結(jié)果：在星系團(tuán)中，看得見(jiàn)的星系只占總質(zhì)量的1/300以下，而99%以上的質(zhì)量是看不見(jiàn)的。茨威基首先發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)的存在，他的發(fā)現(xiàn)大大推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展。但由于暗物質(zhì)根本不與光發(fā)生作用，更不會(huì)發(fā)光，在天文上用光的手段絕對(duì)看不到暗物質(zhì)，因此，當(dāng)時(shí)許多人并不相信茨威基的結(jié)果。直到20世紀(jì)70年代初，科學(xué)家在觀測(cè)宇宙其他一些星系中的恒星運(yùn)行速度時(shí)就發(fā)現(xiàn)，越往外，圍繞中心的速度并不都是衰減下去，而是和內(nèi)圈恒星的速度差不多。這與越往外，物質(zhì)越少，引力也越小，速度也應(yīng)該越低的常規(guī)不符。由此反推，此時(shí)雖然外圈的那些能被直接觀測(cè)到并數(shù)出來(lái)的星星數(shù)目變少了，但其實(shí)內(nèi)部的物質(zhì)數(shù)量并沒(méi)有減少，引力也沒(méi)有變小，只不過(guò)觀測(cè)不到而已，科學(xué)家們大膽地猜測(cè)：宇宙中一定有某些物質(zhì)沒(méi)有被我們的天文觀測(cè)所發(fā)現(xiàn)，這些物質(zhì)被稱(chēng)為“暗物質(zhì)”。此后其他證據(jù)包括星系群的運(yùn)動(dòng)方式、星系朝我們而來(lái)的路上彎曲光線(xiàn)的方式等，都成為暗物質(zhì)存在的證據(jù)。另外，在最開(kāi)始，為了將物質(zhì)緊緊膠合在一起產(chǎn)生星系也需要暗物質(zhì)。科學(xué)家們還推測(cè)，暗物質(zhì)的數(shù)量可能是可見(jiàn)的氣體和星星的5倍。目前暗物質(zhì)的身份對(duì)我們來(lái)說(shuō)仍是一個(gè)未解之謎，暗物質(zhì)似乎并不在粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型之內(nèi)。盡管我們盡了最大努力，卻仍然沒(méi)有在地球上制造出甚至觀察到暗物質(zhì)。但是，它對(duì)宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的影響微乎其微：在廣義相對(duì)論中，其引力作用與普通物質(zhì)的引力作用一模一樣，而且即使有這么多能產(chǎn)生豐富引力的物質(zhì)，也很難讓宇宙停下膨脹的腳步。第二種“暗勢(shì)力”則引發(fā)了一場(chǎng)更加深刻的變革。在上世紀(jì)90年代，使用名為1a型的超新星爆發(fā)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家們對(duì)宇宙膨脹進(jìn)行了更加精確地追蹤。種種觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，宇宙正在加速膨脹，似乎有某種斥力彌漫于廣袤的宇宙間，徹底打敗了物質(zhì)間的萬(wàn)有引力，科學(xué)家將這種尚不知道的反引力作用稱(chēng)為“暗能量”。精準(zhǔn)的配方這可能是愛(ài)因斯坦的“宇宙學(xué)常數(shù)”的再生，當(dāng)然這和當(dāng)初愛(ài)因斯坦引入以給出平滑的宇宙模型不同，現(xiàn)在的“宇宙學(xué)常數(shù)”代表了暗物質(zhì)和暗能量。科學(xué)家們認(rèn)為，暗能量在宇宙中起斥力作用，但又不能?chē)?yán)格說(shuō)其是一種斥力，只能稱(chēng)其為能量。盡管如此，粒子物理學(xué)家們?nèi)栽诩m結(jié)，為什么空間本身暗藏有這么小的能量密度呢？于是，富有想象力的理論學(xué)家們紛紛給出各種解釋?zhuān)热缬善駷橹惯€沒(méi)有被看到的粒子產(chǎn)生的能量場(chǎng)；來(lái)自于可見(jiàn)的宇宙之外或者由其他維度發(fā)射過(guò)來(lái)的作用力等等。不過(guò)，上述富有想象力的觀點(diǎn)目前都沒(méi)有得到證實(shí)。無(wú)論暗能量是什么，它似乎足夠真實(shí)。目前為科學(xué)界普遍接受的宇宙起源理論認(rèn)為，宇宙誕生于距今約137億年前的一次“大爆炸”。宇宙微波背景輻射被認(rèn)為是“大爆炸”的“余燼”，均勻地分布于整個(gè)宇宙空間。“大爆炸”之后的宇宙溫度極高，之后30多萬(wàn)年，隨著宇宙膨脹，溫度逐漸降低，宇宙微波背景輻射正是在此期間產(chǎn)生的。宇宙微波背景輻射上有一些溫度不一的斑點(diǎn)，分別代表著年輕宇宙密度稍高和密度稍低的地方。這些斑點(diǎn)的典型尺度可以被科學(xué)家們用來(lái)衡量空間作為一個(gè)整體被其內(nèi)的物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)彎曲到何種程度。結(jié)果表明，宇宙看上去幾乎平滑無(wú)比，這意味著所有這些彎曲效應(yīng)都必須被抵消。這就使得科學(xué)家們?cè)俅涡枰承╊~外的排斥能量來(lái)平衡由于膨脹和物質(zhì)的引力所導(dǎo)致的彎曲。星系在空間中的分布模式也給出了同樣的結(jié)論。所有這些觀測(cè)線(xiàn)索，讓我們獲得了一份宇宙的精確配方。空間中普通物質(zhì)的平均密度是0.426攸克（yoctogram）（1攸克為10-24克）/立方米，這些物質(zhì)占宇宙總能量密度的4.5%，而暗物質(zhì)占22.5%，暗能量占73%。我們建立在廣義相對(duì)論基礎(chǔ)上的宇宙大爆炸模型與我們的科學(xué)觀察非常吻合，只要我們坦然接受我們虛構(gòu)出來(lái)的“暗勢(shì)力”占據(jù)了宇宙95.5%的份額。不過(guò)，這并不意味著我們已經(jīng)大功告成，我們必須“發(fā)明”更多東西才行。為了解釋宇宙為什么在各個(gè)方向看起來(lái)如此一致，目前的主流宇宙學(xué)理論還引入了第三種“詭異”元素，那就是暴脹場(chǎng)。宇宙學(xué)理論認(rèn)為，當(dāng)宇宙形成僅10-36秒時(shí)，一種具有顛覆性的力量接管了整個(gè)宇宙，這種力量就是暴脹場(chǎng)，其像暗能量一樣是排斥力，但比暗能量強(qiáng)大很多，它導(dǎo)致宇宙爆炸性地膨脹為原來(lái)的1025倍，讓宇宙變平滑，同時(shí)抹去了所有的整體不規(guī)則性。當(dāng)這段暴脹期終結(jié)時(shí)，該暴脹場(chǎng)就轉(zhuǎn)化為物質(zhì)和輻射，該暴脹場(chǎng)中的量子漲落，變成了宇宙密度的細(xì)微變化，最終演變?yōu)橛钪嫖⒉ū尘爸械陌唿c(diǎn)和我們目前看到的漫天星系。而且這個(gè)夢(mèng)幻般的故事似乎與我們觀察到的事實(shí)非常吻合，它也再次引入了很多“空想”出來(lái)的概念。對(duì)于廣義相對(duì)論而言，暴脹并不麻煩，在數(shù)學(xué)上，只需要加上一個(gè)與宇宙學(xué)常數(shù)完全一樣的術(shù)語(yǔ)而已。但是在某一時(shí)刻，該暴脹場(chǎng)一定占據(jù)了宇宙100%的空間，而且，其起源也像暗物質(zhì)或暗能量一樣，對(duì)人們來(lái)說(shuō)是個(gè)未解之謎。更重要的是，暴脹一旦開(kāi)始，就很難停下來(lái)：它會(huì)繼續(xù)制造出很多與我們的宇宙風(fēng)格迥異的宇宙。對(duì)有些宇宙學(xué)家來(lái)說(shuō)，當(dāng)他們重新審視我們的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)的基本假設(shè)時(shí)，預(yù)言多重宇宙的存在顯而易見(jiàn)就有點(diǎn)迫不及待了。標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型也有很多同我們的觀察不一致的地方。比如，宇宙大爆炸制造出的鋰-7在理論上多于宇宙本身包含的。另外，該模型也沒(méi)有解釋宇宙背景輻射中某些特征似乎能夠排列成行以及特定視線(xiàn)方向上的星系看起來(lái)似乎更傾向于左旋自轉(zhuǎn)。而且，科學(xué)家們最近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)40億光年的超星系結(jié)構(gòu)，也讓人們對(duì)宇宙在大層次上是平滑的這一假設(shè)提出了質(zhì)疑。黑暗三重奏如果科學(xué)家們獲得更多數(shù)據(jù)，或者改變計(jì)算方法，上述諸多小麻煩很可能就會(huì)消失殆盡。但是，更大的問(wèn)題仍然存在。美國(guó)哈佛—史密森尼天體物理學(xué)中心的物理學(xué)家羅伯特·柯什納表示：“我們不了解暗能量，也不了解暗物質(zhì)，這令我們感到相當(dāng)沮喪。”柯什納也是首先發(fā)現(xiàn)暗能量的超新星團(tuán)隊(duì)中的一員。自從愛(ài)因斯坦創(chuàng)立滿(mǎn)是塵埃的宇宙模型以來(lái)，作為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)方法并沒(méi)有發(fā)生改變，但是科學(xué)家們不斷朝這個(gè)模型“添磚加瓦”，使得現(xiàn)在的宇宙模型更富活力，而且細(xì)節(jié)更加明晰。科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)精確地知道該宇宙的年齡和組成了。暗物質(zhì)似乎制造出了星系和其他結(jié)構(gòu)；暗能量則暗示著宇宙會(huì)加速膨脹，最終進(jìn)入一個(gè)冰冷和孤獨(dú)的未來(lái)；暴脹理論表明宇宙源于一場(chǎng)暴力事件中。這三駕黑暗馬車(chē)，每一駕都指向一項(xiàng)全新的物理學(xué)。柯什納將這看成是一個(gè)挑戰(zhàn)。他說(shuō)：“這并不意味著我們的理論中存在著任何瑕疵。我們也并不會(huì)因此而失望，相反，我們深受鼓舞。”但是，只要我們沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)室中獲得暗物質(zhì)的證據(jù)，或者為暗能量找到能證明其存在物理學(xué)基礎(chǔ)，我們就有可能深陷某種根本性誤解的桎梏之中——或許，我們的宇宙學(xué)模型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)出現(xiàn)了一個(gè)非常根本的偏差，根本到了迄今為止還沒(méi)有人能夠想象得出這個(gè)錯(cuò)誤會(huì)是哪種形式，只是一個(gè)未知的未知。那么，量子引力論會(huì)是我們前進(jìn)的方向嗎？或者，某些新的觀察會(huì)讓我們?cè)僖淮沃貙?xiě)我們建立在廣義相對(duì)論基礎(chǔ)上的宇宙學(xué)說(shuō)？現(xiàn)在，我們只有一些最模糊的線(xiàn)索，指引著我們前往何處尋找替代的宇宙模型。但是，或許，我們只需要摒棄一個(gè)沒(méi)有人注意到的與現(xiàn)實(shí)有關(guān)的假設(shè)，帷幕就會(huì)被拉起，所有的黑暗勢(shì)力都將煙消云散，滿(mǎn)天繁星將再現(xiàn)光芒。馬修·查默斯：來(lái)自英國(guó)布里斯托爾的自由撰稿人，2012年在《科學(xué)美國(guó)人》雜志上撰文《后希格斯粒子時(shí)代》。他表示，發(fā)現(xiàn)希格斯粒子之后，要對(duì)這種粒子進(jìn)行更精細(xì)的研究，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）已無(wú)法勝任。現(xiàn)在，科學(xué)家提出了4種方案，建造新一代對(duì)撞機(jī)，提高研究精度，以期發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型之外的物理現(xiàn)象。希格斯粒子進(jìn)入死胡同希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)讓歷史上最精確的科學(xué)模型——粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型得以完整，但是，“一個(gè)故事的結(jié)束，也是另一個(gè)故事的開(kāi)始”，這也預(yù)示著新問(wèn)題即將出現(xiàn)。1964年2月，披頭士樂(lè)隊(duì)心中時(shí)刻想的就是讓美國(guó)為之傾倒，而彼時(shí)彼刻，一些強(qiáng)大的物質(zhì)也在理論物理學(xué)家穆雷·蓋爾曼的大腦中盤(pán)旋。蓋爾曼思考的問(wèn)題是：組成物質(zhì)的原子和中子本身是否也由更小的物質(zhì)組成呢？他將這種更小的物質(zhì)命名為“夸克”。“夸克”一詞是穆雷·蓋爾曼改編自愛(ài)爾蘭作家詹姆斯·喬伊斯的小說(shuō)《芬尼根守靈夜》（FinnegansWake）中的詩(shī)句：“向麥克老大三呼夸克。”取這一名字僅僅因?yàn)樯w爾曼喜歡這個(gè)單詞的發(fā)音，就像夸脫一樣。那時(shí)，物理學(xué)對(duì)變革理念的渴求就像困在沙漠中的人對(duì)綠洲的渴求一樣強(qiáng)烈。科學(xué)家們?cè)谟钪嫔渚€(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了幾十個(gè)奇異的新粒子，這似乎不合情理也毫無(wú)緣由。蓋爾曼發(fā)明的夸克使質(zhì)子、中子和所有這些新粒子可以被描述為兩個(gè)或者三個(gè)更基本的粒子的組合。對(duì)于大多數(shù)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這一想法有點(diǎn)太過(guò)于超前了。新粒子打破了既定的規(guī)則，因?yàn)槠鋼碛?2/3、-1/3這樣的電荷，而且，科學(xué)家們或許也從來(lái)不會(huì)看到這些粒子“獨(dú)自起舞”。情況為什么會(huì)變得這么奇妙呢？為什么就不能如此呢？現(xiàn)就職于墨西哥州桑塔費(fèi)研究所的蓋爾曼反駁道：“每個(gè)人都在說(shuō)，這也不可能，那也不可能，但或許本來(lái)就毫無(wú)道理，或許自然就是如此奇妙。”結(jié)果也表明正是如此。現(xiàn)在，夸克已經(jīng)成為所有科學(xué)里最禁得住檢驗(yàn)的理論模型——粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)。在40年的歲月中，標(biāo)準(zhǔn)模型展示出了不可思議的能力，一次次地將理論學(xué)家們的夢(mèng)想變成無(wú)可辯駁的事實(shí)。2012年7月，歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）實(shí)驗(yàn)組宣稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，這只是標(biāo)準(zhǔn)模型最新、最驚人、最引人矚目的一次展示而已。盡管科學(xué)家們已經(jīng)取得了如此驚人的成就，但是“盛極而衰”“物理學(xué)已日薄西山”等言語(yǔ)卻不絕于耳。有了希格斯玻色子，明顯不完整的標(biāo)準(zhǔn)模型變得更加完整完滿(mǎn)，但是，這并不表示該模型沒(méi)有瑕疵，而實(shí)驗(yàn)也無(wú)力再提供線(xiàn)索，供科學(xué)家們創(chuàng)建出更好的模型來(lái)彌補(bǔ)其不足。歷史再次重演，粒子物理學(xué)理論再次呼喚全新的變革。美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的理論學(xué)家斯蒂芬·溫伯格于1974年提出了“標(biāo)準(zhǔn)模型”。溫伯格表示：我并不希望這一術(shù)語(yǔ)成為教條，我希望它成為交流和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，讓科學(xué)家們借此獲得一些證據(jù)，證明標(biāo)準(zhǔn)模型是錯(cuò)的。標(biāo)準(zhǔn)模型的基本要義在一張明信片上就能表述清楚：6個(gè)夸克成雙成對(duì)，構(gòu)成除了質(zhì)量以外其他一切都一模一樣的三“代”；諸如電子和中子等6個(gè)“輕子”也采用同樣的方式排列；另外還有一小撮玻色子在夸克和輕子之間傳遞自然界最基本的作用力。關(guān)于這些粒子最重要的事情是，它們?cè)诒举|(zhì)上都是量子粒子。量子理論源于20世紀(jì)初非常關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)表明，原子釋放和吸收的輻射之所有具有這樣的波長(zhǎng)，只能夠過(guò)假定能量被打包成不連續(xù)的小份或者“量子”來(lái)解釋。順著這條思路，我們就能推導(dǎo)出一個(gè)怪異的二象性，在最小的尺度上，粒子是波，波也是粒子。這些“身份”含混不清的波—粒子的運(yùn)動(dòng)并不遵從牛頓經(jīng)典力學(xué)，而是在抽象的數(shù)學(xué)空間中的奇異規(guī)則下跳著概率的舞蹈。到了上世紀(jì)20年代中期，量子力學(xué)大體已經(jīng)成型，也經(jīng)受住了所有實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)。但是在上世紀(jì)20年代晚期，物理學(xué)天才、獲得諾貝爾獎(jiǎng)的最年輕的理論物理學(xué)家保羅·狄拉克和其他人開(kāi)始探究將量子力學(xué)和愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論關(guān)聯(lián)起來(lái)，這一舉動(dòng)在描述以接近光速運(yùn)動(dòng)的粒子方面邁出了關(guān)鍵的一步，自此，科學(xué)研究進(jìn)入另外一番新天地。1928年，狄拉克提出了一個(gè)電子運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論性量子力學(xué)方程，即狄拉克方程，該方程擁有不止一個(gè)解，這似乎預(yù)示著存在著這樣一種粒子，其屬性和電子類(lèi)似，但是，電荷相反。五年后，科學(xué)家們?cè)谟钪嫔渚€(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了這種“正電子”。理論學(xué)家們也順勢(shì)而動(dòng)，提出了“反物質(zhì)”這一概念。量子場(chǎng)論作為標(biāo)準(zhǔn)模型的理論基礎(chǔ)，也是上述邏輯的集大成者。用場(chǎng)來(lái)傳遞力這一想法可以追溯到19世紀(jì)英國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家邁克爾·法拉第，但是量子場(chǎng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)給這些量子場(chǎng)賦予了一些奇怪的屬性：它們可以從空無(wú)一物的真空中制造出粒子，再讓其湮滅于無(wú)形。因此，根據(jù)量子電動(dòng)力學(xué)理論的觀點(diǎn)，兩個(gè)電子之所以會(huì)相互排斥，是因?yàn)橐粋€(gè)光量子（光子）“作祟”，光量子是電磁場(chǎng)的量子粒子，不知所起而且會(huì)從一個(gè)電子傳到另一個(gè)電子那兒。無(wú)數(shù)個(gè)這樣的“虛擬”粒子不斷出沒(méi)，會(huì)輕微改變經(jīng)典電子或者說(shuō)“裸”電子的屬性。自從上世紀(jì)40年代以來(lái)，很多實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了這種變化，而且，精確程度令人瞠目結(jié)舌。量子理論將其他力囊括其中也頗費(fèi)了一番功夫，花費(fèi)了更長(zhǎng)時(shí)間。在輻射衰變中將一種粒子變成另一種粒子的弱核力很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)都被難以控制的無(wú)窮大所困擾，這就使得除了最簡(jiǎn)單的一些效應(yīng)以外，其他計(jì)算都陷入無(wú)望。時(shí)間繼續(xù)向前推進(jìn)，到了上世紀(jì)60年代，溫伯格等人終于找到出路，將弱核力與電磁力統(tǒng)一成弱電力，這種弱電力只在能量極高的環(huán)境（比如早期宇宙）下才會(huì)“現(xiàn)身”。正如狄拉克方程預(yù)言了反物質(zhì)的存在一樣，這一理論也預(yù)示了可能存在一些迄今還沒(méi)有被看到的粒子：大質(zhì)量的W和Z玻色子——其主要作用是傳遞目前已經(jīng)成弱電力中分離出來(lái)的短程弱核力以及希格斯玻色子。希格斯玻色子一定要存在，才能確保W和Z玻色子在統(tǒng)一的弱電力被分解成電磁力和弱核力的所謂“破缺”過(guò)程中獲得質(zhì)量，從而將弱核力限制在原子距離范圍內(nèi)；然而，與此同時(shí)，傳遞電磁力的光子則不會(huì)獲得質(zhì)量，這就使得它們能夠自由自在地在宇宙中穿梭馳騁。與此同時(shí)，強(qiáng)核力（讓原子核緊緊依附在一起的作用力）的量子場(chǎng)理論也上演了一出“咸魚(yú)翻身”的好戲，用該理論的聯(lián)合創(chuàng)立者、美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校的戴維·格羅斯的話(huà)來(lái)說(shuō)，就是“從鬧劇到勝利”。量子色動(dòng)力學(xué)也是蓋爾曼創(chuàng)造出的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，量子色動(dòng)力學(xué)通過(guò)將夸克之間的相互作用描述為它們不斷交換8種攜帶“色荷”的膠子，最終讓夸克名聲大噪；該理論還展示了夸克非常獨(dú)特的一點(diǎn)：那就是兩個(gè)夸克距離越遠(yuǎn)，它們之間的作用力就越強(qiáng)。格羅斯說(shuō)：“該理論不但揭示了為什么質(zhì)子看上去由夸克構(gòu)成，而且也解釋了為什么這些夸克從來(lái)不會(huì)被拉出質(zhì)子的管轄疆域。”上述基本上就是標(biāo)準(zhǔn)模型的全部故事了。到了1973年，披頭士樂(lè)隊(duì)的成員們已經(jīng)分道揚(yáng)鑣，而在接下來(lái)的一段時(shí)期內(nèi)，科學(xué)家們做出了一連串激動(dòng)人心的發(fā)明，使得標(biāo)準(zhǔn)模型最終成型，其中包括約束所有粒子的行為的弱電統(tǒng)一理論以及僅僅對(duì)夸克和膠子起作用的量子色動(dòng)力學(xué)。標(biāo)準(zhǔn)模型不僅充滿(mǎn)智慧而且非常優(yōu)美。標(biāo)準(zhǔn)模型的方程式具有極端完美的對(duì)稱(chēng)性，不僅描述了自然界中各種力的本質(zhì)和特征，也告訴物理學(xué)家們應(yīng)該前往何處尋找什么新粒子。果不其然，新粒子在粒子對(duì)撞機(jī)的數(shù)據(jù)中逐個(gè)“顯山露水”，這讓理論學(xué)家們狂喜不已。上世紀(jì)60年代末，科學(xué)家們就已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室獲得了三個(gè)夸克存在的證據(jù)，但是，直到上世紀(jì)70年代末，美國(guó)物理學(xué)家們才推測(cè)出第四和第五種夸克粒子的存在，并最終在1995年推測(cè)出立刻第6個(gè)種“頂”夸克粒子的存在。到了2000年，最后一個(gè)輕子τ中微子才被科學(xué)家們收入囊中。在這場(chǎng)發(fā)現(xiàn)新粒子的戰(zhàn)爭(zhēng)的另一端，德國(guó)漢堡城外的德國(guó)電子同步加速器研究所（DESY）的科學(xué)家們于1979年捕獲了膠子；歐洲核子研究中心的科學(xué)家們?cè)?983年抓住了W和Z玻色子。當(dāng)時(shí)光機(jī)器前進(jìn)到2012年時(shí)，歐洲核子研究中心的科學(xué)家們才眾望所歸地發(fā)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的最著名的也是最后一種粒子——希格斯玻色子。對(duì)于溫伯格來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)模型的勝利之路顯得非常特別。他說(shuō)：“你在辦公桌上用一些數(shù)學(xué)公式和概念來(lái)打發(fā)時(shí)間，然后發(fā)現(xiàn)，在花費(fèi)了數(shù)十億美元之后，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們證實(shí)了這些想法，難道還有比這更加特別的事情嗎？”既然如此，但是，為什么他和其他科學(xué)家并沒(méi)有想象中得那么高興呢？奇的特征原因多種多樣。有些還涉及到美學(xué)。例如為什么粒子會(huì)被分成三代？為什么最重的夸克的質(zhì)量是最輕的夸克的7.5萬(wàn)倍？標(biāo)準(zhǔn)模型的方程式或許非常簡(jiǎn)潔優(yōu)美，但是為了讓它們具有預(yù)測(cè)中的能力，科學(xué)家們必須為其設(shè)定20多個(gè)“自由”參數(shù)，比如粒子的質(zhì)量等。一個(gè)真正基本的理論，應(yīng)該能夠借助量子理論的力量，或者某些還沒(méi)有人想到的更深層的理論，來(lái)清除這些惱人的枝枝蔓蔓。實(shí)際上，從技術(shù)上來(lái)講，標(biāo)準(zhǔn)模型并沒(méi)有統(tǒng)一強(qiáng)核力。弱電理論和量子色動(dòng)力學(xué)只是被捆綁在一起，并不像弱核力和電磁力在量子層面上統(tǒng)一在一起。這也是科學(xué)家們?cè)诔罱K獲得萬(wàn)物之理的艱難路途上最先遇到的一個(gè)“攔路虎”。不僅如此，還不算我們之前談到的引力，迄今為止，引力還是用廣義相對(duì)論來(lái)描述的，而廣義相對(duì)論顯然與量子理論不合拍。既然說(shuō)到了重力，為什么與其他作用力相比，重力顯得如此虛弱不堪呢（兩個(gè)質(zhì)子間的電磁力的強(qiáng)度是質(zhì)子間引力的1038倍）？這個(gè)所謂的“等級(jí)問(wèn)題”是標(biāo)準(zhǔn)模型最令人困惑不已的特征之一。也有實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，標(biāo)準(zhǔn)模型并非那么盡善盡美。比如，科學(xué)家們?cè)燃俣](méi)有質(zhì)量的中子實(shí)際上卻有很小的質(zhì)量。這玷污了標(biāo)準(zhǔn)模型的數(shù)學(xué)一致性，但或許也會(huì)成為科學(xué)家們創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理模型的第一個(gè)指針。更神秘的仍然是暗物質(zhì)和暗能量，宇宙學(xué)家們認(rèn)為，宇宙96%的成分都由這兩名“暗勢(shì)力”組成，不過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)其身份仍然“緘口不言”。面對(duì)這些溝壑，理論學(xué)家們又開(kāi)始向一直行之有效的老辦法求助：用新粒子和對(duì)稱(chēng)性來(lái)填補(bǔ)空白。但這一次，現(xiàn)實(shí)似乎不買(mǎi)賬。目前為止，還沒(méi)有一臺(tái)粒子對(duì)撞機(jī)找到意料之外的奇異粒子的蛛絲馬跡，即使大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)也概莫能外，盡管該機(jī)器目前還沒(méi)有達(dá)到最高能量運(yùn)行的狀態(tài)。溫伯格表示：“極有可能，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能做的就是繼續(xù)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)模型的正確性而已。”那么接下來(lái)我們應(yīng)該怎么辦呢？簡(jiǎn)而言之，我們并不知道。我們沒(méi)有從大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)或者其他地方得到進(jìn)一步的引導(dǎo)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)我們自己同希臘哲學(xué)家德謨克利特當(dāng)時(shí)的境遇差不多——當(dāng)時(shí)，他提出物質(zhì)不可能被無(wú)限制地分割，2000年以后才被實(shí)驗(yàn)推翻。值得我們記住的是，第一個(gè)符合德謨克利特的描述的“原子”并非整個(gè)故事的結(jié)局。盡管標(biāo)準(zhǔn)模型取得了如此巨大的成功，但是，對(duì)于蓋爾曼的夸克是否會(huì)成為另外一個(gè)“原子”，我們?nèi)匀灰粺o(wú)所知。邁克爾·布魯克斯：美國(guó)知名科普作家，著有《影響物理發(fā)展的20個(gè)大問(wèn)題》等書(shū)。不顧一切地尋找萬(wàn)物之理一個(gè)最終將所有物理學(xué)理論整合在一起的大一統(tǒng)理論似乎還和以前一樣，距離我們非常遙遠(yuǎn)——但是，這并不意味著我們應(yīng)該停止追尋這個(gè)夢(mèng)想的腳步。責(zé)備古時(shí)候的希臘人吧，一切都是他們引起的——是古希臘的一些科學(xué)家首先開(kāi)始反對(duì)過(guò)去流傳的種種神話(huà)創(chuàng)世說(shuō)，提出世界的本原是一些物質(zhì)性的元素，如水、氣、火等，從而拉開(kāi)了現(xiàn)代物理學(xué)研究的帷幕。責(zé)備古希臘人這一想法或許聽(tīng)起來(lái)足夠合情合理，但是，潘多拉的魔盒一旦打開(kāi)，就無(wú)法再關(guān)閉。如果我們深挖下去，我們能夠揭示現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)：物質(zhì)最終由什么組成？其一舉一動(dòng)受什么規(guī)則支配。如果我們?cè)龠M(jìn)一步深究，我們將最終獲得金礦——天地萬(wàn)物如何運(yùn)轉(zhuǎn)的理論。在某種意義上，我們已經(jīng)做得足夠好了。量子理論的奇異之處或許讓我們迷惑不已，但是，建立在其上的粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型則將一切簡(jiǎn)化為幾個(gè)基本的粒子以及僅僅三種力。廣義相對(duì)論提出的時(shí)空彎曲理論，用令人驚嘆的精確性描述了一個(gè)被第四種力——引力所支配的宇宙，為我們提供了另外一種看待宇宙的角度。是的，這兩個(gè)理論各有千秋，但是，我們最終能找到一個(gè)將二者合二為一的萬(wàn)物之理嗎？如果用這個(gè)問(wèn)題詢(xún)問(wèn)很多物理學(xué)家，他們可能會(huì)暴跳如雷。“基本的粒子物理學(xué)已經(jīng)非常完美了，就像俄國(guó)化學(xué)家季米特里·伊萬(wàn)諾維奇·門(mén)捷列夫制定的元素周期表一樣。”英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家戴維·德馳表示，“元素周期表一直在給事物歸類(lèi)，而且也承認(rèn)存在著一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，只是，我們并不知道這個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是什么而已。”關(guān)鍵的問(wèn)題是，量子力學(xué)和廣義相對(duì)論從根本上而言并不兼容。一般而言，我們用相對(duì)論來(lái)描述非常大的物體，比如星星、星系乃至整個(gè)宇宙等；同時(shí)，我們則借用量子理論來(lái)闡述非常小尺度的物體，比如分子、原子、亞原子粒子等，這都沒(méi)有問(wèn)題。但是，為了完全而徹底地理解整個(gè)宇宙，我們必須知道微小的新生宇宙為何會(huì)變得如此龐大：追溯到大爆炸時(shí)代，就需要兩個(gè)理論一起工作才行。黑洞的存在也需要如此。就像斯蒂芬·霍金和以色列科學(xué)家、黑洞熱力學(xué)的奠基人之一雅各布·大衛(wèi)·貝肯斯坦在上世紀(jì)70年代所證明的那樣，黑洞這樣符合廣義相對(duì)論的龐然大物或許會(huì)破壞被量子理論所禁止的信息。即使像時(shí)間和空間這樣基礎(chǔ)的事物也會(huì)告訴我們，當(dāng)量子理論和廣義相對(duì)論相遇時(shí)，情況會(huì)變得多糟糕。相對(duì)論的時(shí)空是一個(gè)平滑的四維毯子；而作為標(biāo)準(zhǔn)物理模型基礎(chǔ)的量子場(chǎng)理論則表明，時(shí)空是由大小約為10-35米的像素點(diǎn)單元所組成，量子場(chǎng)論甚至并不將時(shí)間看成是真實(shí)且可觀察的事物。物理學(xué)家們被要求在量子理論和廣義相對(duì)論之間做出一個(gè)選擇時(shí)，大多數(shù)物理學(xué)家可能會(huì)將錢(qián)壓在量子理論那邊，他們認(rèn)為量子理論是“對(duì)”的，因?yàn)榱孔永碚摰臄?shù)學(xué)基礎(chǔ)是一個(gè)非常成功的棱鏡，讓科學(xué)家們得以縱觀整個(gè)世界。當(dāng)然，也有些人繼承了愛(ài)因斯坦的衣缽，對(duì)量子力學(xué)看起來(lái)的“不現(xiàn)實(shí)性”、怪異性以及表面不相關(guān)的物體之間反常識(shí)的聯(lián)系提出了質(zhì)疑。這些科學(xué)家們認(rèn)為，如果我們不能為這些聯(lián)系為什么會(huì)如此找到令人信服的物理原因，量子理論或許只是某些更好的理論的近似。科學(xué)家們?cè)噲D打破這一僵局，為此他們提出了一些受到廣受支持的數(shù)學(xué)概念，諸如對(duì)稱(chēng)等。其中之一就是超對(duì)稱(chēng)，科學(xué)家們普遍認(rèn)為超對(duì)稱(chēng)是通往弦理論的一站，弦理論也是科學(xué)家們認(rèn)為可以成為萬(wàn)物之理的候選理論。弦理論預(yù)測(cè)，空間中隱藏著其他我們目前還沒(méi)發(fā)現(xiàn)的額外維度，誘發(fā)對(duì)稱(chēng)性嵌入這些維度會(huì)讓能量彎曲成幾何狀態(tài)，這些幾何形狀看起來(lái)就像某些基本粒子，或者像空間遇到質(zhì)量時(shí)發(fā)生彎曲的方式。弦理論也對(duì)粒子進(jìn)行了很多可靠的描述，其中包括科學(xué)家們一直在努力追尋的引力子——一種攜帶引力的量子粒子。因此，弦理論只需幾步就能在量子理論的基礎(chǔ)上，將自然界中的四種作用力統(tǒng)一起來(lái)。但是，與其他為萬(wàn)物之理而提出的架構(gòu)一樣，弦理論也存在著巨大的缺陷。美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的科學(xué)家保羅·戴維斯表示：“弦理論確實(shí)預(yù)測(cè)了新事物，但是，在可見(jiàn)的未來(lái)，科學(xué)家們幾乎無(wú)法測(cè)試它正確與否。”荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)大學(xué)的雷納特·洛爾表示，這種無(wú)能為力意味著萬(wàn)物之理或許根本就無(wú)法獲得。英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院的克里斯·依沙姆表示：“過(guò)一段時(shí)間，你看會(huì)在報(bào)紙上看到萬(wàn)物之理，此時(shí)，弦理論正當(dāng)盛年，但是，它也會(huì)完全過(guò)時(shí)，走進(jìn)歷史的故紙堆中。”依沙姆認(rèn)為，從心理上來(lái)講，萬(wàn)物之理“非常令人振奮”，但是，我們并沒(méi)有理由認(rèn)為萬(wàn)物之理確實(shí)存在，或者我們能發(fā)現(xiàn)它。我們已經(jīng)利用數(shù)學(xué)做出了如此眾多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，這的確令人驚嘆，但是，這并不意味著我們能繼續(xù)沿著這條路前進(jìn)，并做出更多重大發(fā)現(xiàn)。萬(wàn)物之理值得我們?nèi)绱藙谛馁M(fèi)神嗎？戴維斯認(rèn)為是值得的，只是我們必須清楚，即使萬(wàn)物之理——至少物理學(xué)家們?nèi)绱硕x它，也可能無(wú)法解答所有問(wèn)題。戴維斯說(shuō)：“萬(wàn)物之理將有助于我們揭示生命的起源或者意識(shí)的本質(zhì)這樣的問(wèn)題。”美國(guó)哈佛大學(xué)的理論物理學(xué)家麗莎·藍(lán)道爾也是粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威。她則說(shuō)得更加直接。她說(shuō)：“即便我們最終知道了這個(gè)作為基礎(chǔ)的理論，那么，我們打算如何解釋我們的存在這個(gè)事實(shí)呢？”或許，推動(dòng)科學(xué)家們持續(xù)不斷地進(jìn)行研究的最大動(dòng)力并不在于我們最終會(huì)獲得什么結(jié)果，而在于我們沿著哪條道路會(huì)達(dá)到這一目的。我們最大的、最能讓生活發(fā)生翻天覆地變化的科學(xué)探索的動(dòng)力來(lái)源是，我們希望讓物理學(xué)變得更簡(jiǎn)單并將我們對(duì)自然界的各種紛繁復(fù)雜的理解整合在一起。比如，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋將我們對(duì)電和磁的理解統(tǒng)一在了一起，為有史以來(lái)最現(xiàn)代化的技術(shù)——信息技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)；愛(ài)因斯坦則用簡(jiǎn)單的方程式E=mc2將與質(zhì)量和能量有關(guān)的概念集成在一起，引領(lǐng)人類(lèi)進(jìn)入核時(shí)代并獲得其他高新技術(shù)。“從歷史的角度來(lái)看，科學(xué)家們的努力探索都會(huì)給我們帶來(lái)一定的成果，引導(dǎo)我們前往一個(gè)更現(xiàn)代化的社會(huì)。”戴維斯如是說(shuō)。但戴維斯同時(shí)也強(qiáng)調(diào)，對(duì)于任何僅僅因?yàn)橐患褐阶穼とf(wàn)物之理的人來(lái)說(shuō)，最終都可能面臨著鎩羽而歸的風(fēng)險(xiǎn)，而且，這些人也面臨著和19世紀(jì)晚期那些認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)完整的人犯同樣錯(cuò)誤的危險(xiǎn)。戴維斯強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“你或許會(huì)提出一些不可思議的想法，然后慶祝這是人類(lèi)文明史上的一次巨大進(jìn)步，但總有人會(huì)提出更好的想法。”第二部分：接下來(lái)我們?cè)撛趺崔k？雅各布·大衛(wèi)·貝肯斯坦：以色列耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)的理論物理學(xué)家、黑洞熱力學(xué)的奠基人之一，他指出，宇宙間的暗物質(zhì)、暗能量等“黑色幽靈”對(duì)愛(ài)因斯坦的理論是否正確提出了質(zhì)疑。應(yīng)該拋棄相對(duì)論嗎？廣義相對(duì)論似乎已經(jīng)成功地嵌進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)的血液中。的確如此，盡管大多數(shù)太陽(yáng)系和天文學(xué)現(xiàn)象仍然采用牛頓的重力理論進(jìn)行計(jì)算，但是如果沒(méi)有GPS（全球定位系統(tǒng)）這個(gè)小玩意，我們什么事情也做不了，而GPS則與相對(duì)論脫不了干系。因?yàn)镚PS的誤差來(lái)源里有一項(xiàng)是相對(duì)論效應(yīng)的影響，通過(guò)修正相對(duì)論效應(yīng)才能得到更準(zhǔn)確的定位結(jié)果。在重力場(chǎng)很強(qiáng)的太陽(yáng)系系統(tǒng)和雙脈沖系統(tǒng)內(nèi)，廣義相對(duì)論已經(jīng)被精確地測(cè)試過(guò)，但是，在重力場(chǎng)比較弱的大尺度上，廣義相對(duì)論從來(lái)沒(méi)有被測(cè)試過(guò)。暗物質(zhì)和暗能量這對(duì)“黑暗雙煞”還沒(méi)有被科學(xué)家們了解清楚會(huì)讓廣義相對(duì)論陷入失敗嗎？有些科學(xué)家認(rèn)為會(huì)，他們也取得了些許成功。例如，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的摩德埃·米爾格魯姆于上世紀(jì)80年代提出了修正的牛頓動(dòng)力學(xué)（MOND）理論。該理論認(rèn)為引力和質(zhì)量之間具有另外一種關(guān)聯(lián)，依照他的理論，當(dāng)物體質(zhì)量非常輕時(shí)，并不遵循牛頓定律。MOND解釋了星系奇怪的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其解釋方法比廣義相對(duì)論使用暗物質(zhì)解釋更好。另外，科學(xué)家們提出的用來(lái)替代相對(duì)論的“f（R）”引力理論構(gòu)建的宇宙模型盡管沒(méi)有包含暗能量，但卻表現(xiàn)得好像已經(jīng)將暗能量囊括其中了。但是，沒(méi)有一個(gè)理論盡善盡美。首先，MOND并沒(méi)有很好地解決星系簇內(nèi)單個(gè)星系的運(yùn)動(dòng)。而且，“f（R）”引力理論并沒(méi)有很好地描述引導(dǎo)科學(xué)家們提出暗物質(zhì)這一概念的不規(guī)則的星系旋轉(zhuǎn)。廣義相對(duì)論或許仍然堅(jiān)挺。如果暗能量是愛(ài)因斯坦硬塞進(jìn)其廣義相對(duì)論方程式中的珍貴的宇宙常數(shù)，那么其令人信服的來(lái)源是真空能。引力場(chǎng)毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)擾亂真空，讓出現(xiàn)在星系和星系簇內(nèi)以及周?chē)哪芰考性谝黄穑拖癜滴镔|(zhì)一樣。我們很難想象目前的量子場(chǎng)論可以集中如此充足的能量，但或許某一天，明智地使用量子物理學(xué)可能會(huì)揭開(kāi)籠罩在暗物質(zhì)和暗能量頭上的神秘面紗。克里斯·克拉克森：南非開(kāi)普敦大學(xué)的宇宙學(xué)家，他認(rèn)為假設(shè)我們?cè)谟钪嬷猩硖幒翁幓蛟S會(huì)歪曲我們對(duì)宇宙的看法。應(yīng)該摒棄哥白尼原則嗎？無(wú)論我們朝哪一個(gè)方向看，我們看到的宇宙好似非常一樣。這說(shuō)明，我們?cè)谟^察一個(gè)事物時(shí)所處的位置并不特殊。這是哥白尼原則的一個(gè)假設(shè)，聽(tīng)起來(lái)似乎合情合理。但是，很難證實(shí)我們?cè)谶b遠(yuǎn)的星系中的所見(jiàn)所聞與我們身處地球時(shí)的所見(jiàn)所聞會(huì)有何區(qū)別。哥白尼原則要是不對(duì)怎么辦呢？科學(xué)家們對(duì)超新星在不同距離范圍內(nèi)的觀察使我們相信，宇宙正在加速膨脹，暗能量必須存在。但是，因?yàn)楣馑偈怯邢薜模覀兛催M(jìn)太空的距離越遠(yuǎn)，我們需要的時(shí)間也越長(zhǎng)。令我們驚奇的是，隨著時(shí)間的演進(jìn)，空間中發(fā)生出現(xiàn)的變化可能會(huì)很容易同演化混淆。這樣說(shuō)來(lái)，暗能量或許只是一個(gè)幻覺(jué)。讓我們將球形的天空想象成一顆洋蔥，其由幾層密度不同的物質(zhì)組成。在密度大的地方，引力的凝聚力會(huì)阻礙宇宙的膨脹。如果我們居于一個(gè)密度比較低且膨脹率比較高的中央空白處，并從各個(gè)方向向外看向那些密度比較高而且膨脹率比較低的地方，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，宇宙似乎在最近一段時(shí)間內(nèi)一直在加速。在宇宙大爆炸后的一霎那，這樣一個(gè)宇宙的膨脹環(huán)境或許會(huì)發(fā)生變化，以產(chǎn)生這樣龐大的低密度區(qū)域。但是，它將違背神圣的哥白尼原則：其他坐在該洋蔥中的人將看到一個(gè)完全不一樣的不均勻的宇宙。盡管我們正處于中央空白處的幾率微乎其微，不過(guò)，也有可能發(fā)生。但是，研究遙遠(yuǎn)的星系簇周?chē)挠钪嫖⒉ū尘皽囟鹊淖兓刮覀兡軓倪b遠(yuǎn)的地方“看見(jiàn)”宇宙，并且告訴我們宇宙是否均勻，最新的觀察表明宇宙并不均勻。摒棄了哥白尼原則的模型可能需要進(jìn)行很多微調(diào)，才能同現(xiàn)實(shí)相符。馬克斯·特格馬克：美國(guó)麻省理工學(xué)院宇宙學(xué)家，他提出了一種新的宇宙終結(jié)理論，該理論認(rèn)為宇宙最終將會(huì)以“大崩塌”的方式結(jié)束，而該終結(jié)模式似乎在邏輯上難以避免。在他的觀點(diǎn)中，與大爆炸有關(guān)的最好的理論在邏輯上是自毀的。應(yīng)該重新思考宇宙暴脹理論嗎？暴脹始于一個(gè)偉大的起點(diǎn)。人們認(rèn)為，宇宙以一種新奇的很難稀釋的物質(zhì)的一個(gè)亞原子粒子開(kāi)始，而且該粒子的數(shù)量不斷加倍，最終制造出了宇宙大爆炸和我們現(xiàn)在看到的幾乎整齊劃一的、平滑的宇宙。不僅如此，宇宙甚至變得更好。暴脹也產(chǎn)生了隨機(jī)量子波動(dòng)，這些波動(dòng)產(chǎn)生了今天我們看到的滿(mǎn)天繁星、星系以及其他更大的天體結(jié)構(gòu)。暴脹理論也作出了很多非常精確的預(yù)測(cè)。例如，用來(lái)測(cè)量空間平滑度的量——?dú)W米茄（Omega）的平滑度應(yīng)該等于1，而實(shí)際上科學(xué)家們測(cè)出其等于1.003±0.004，真的是非常接近，太神奇了。但是，就像一個(gè)頑強(qiáng)的上了年紀(jì)的教授一樣，暴脹也開(kāi)始退休。暴脹理論預(yù)測(cè)，在我們的宇宙遙遠(yuǎn)的部分，這一過(guò)程會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去，產(chǎn)生一個(gè)不僅非常大而且真正無(wú)限的空間，其中包含有無(wú)數(shù)個(gè)星系、恒星和行星，甚至像我們一樣的人類(lèi)。這一空間內(nèi)的隨機(jī)波動(dòng)讓物質(zhì)在不同的地方呈現(xiàn)出不同的分布方式，因此，會(huì)有無(wú)數(shù)人觀察到一個(gè)值接近1的歐米茄（Omega）；無(wú)數(shù)人觀察到一個(gè)值接近2的歐米茄（Omega），諸如此類(lèi)等等。那么，有很多其他人觀察到的事物和我們看到的一樣，會(huì)出現(xiàn)什么可能的情況呢？無(wú)用的、正式的答案是無(wú)限除以無(wú)限，似乎毫無(wú)用處。我們的宇宙學(xué)家們?nèi)匀粵](méi)有就如何將這一無(wú)用的答案變成有用的事物達(dá)成一致意見(jiàn)。因?yàn)榕蛎洠覀儙缀鯚o(wú)法預(yù)測(cè)出任何可能性。我們將這稱(chēng)為“測(cè)量問(wèn)題”，并且，將其看成今天的物理學(xué)家們面對(duì)著的最深的危機(jī)。從邏輯上而言，我認(rèn)為，膨脹具有自我破壞性，破壞了促使我們起初對(duì)它嚴(yán)陣以待的預(yù)測(cè)。老實(shí)說(shuō)，我并不覺(jué)得任何其他富有競(jìng)爭(zhēng)性的理論能夠更好地解釋暴脹。我估計(jì)，一旦我們解決了“測(cè)量問(wèn)題”，某種形式的暴脹仍然會(huì)保持下去——但或許并非最終極的那種。所有的問(wèn)題都源于無(wú)限，尤其是假設(shè)空間能夠被永遠(yuǎn)延伸而不會(huì)分崩離析。我并不愿意質(zhì)疑這個(gè)激進(jìn)的假設(shè)，但是，我們應(yīng)該這樣做。弗朗克·韋爾切克：因發(fā)現(xiàn)強(qiáng)相互作用理論中的漸近自由，而榮獲2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。韋爾切克表示，美學(xué)告訴我們，超對(duì)稱(chēng)或許會(huì)突破標(biāo)準(zhǔn)模型的僵局。應(yīng)該重視美標(biāo)準(zhǔn)模型確實(shí)非常強(qiáng)大而且形式簡(jiǎn)潔優(yōu)美。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子更是錦上添花。2012年7月4日，歐洲核子研究中心（CERN）的科學(xué)家們宣稱(chēng)，他們發(fā)現(xiàn)了一種新的亞原子粒子，這個(gè)粒子是希格斯玻色子（即傳說(shuō)中的“上帝粒子”）的可信度高達(dá)99.99994%。1964年，科學(xué)家首次提出希格斯玻色子是物理學(xué)粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中最后缺失的一部分，標(biāo)準(zhǔn)模型是一套描述強(qiáng)作用力、弱作用力及電磁力這三種基本力及組成所有物質(zhì)的基本粒子的理論。根據(jù)該理論模型，希格斯玻色子必須存在從而賦予其他基本粒子質(zhì)量。希格斯玻色子的“現(xiàn)身”證實(shí)了標(biāo)準(zhǔn)模型的完整性。而且更為重要的是，這是科學(xué)家們幾十年科研探索的集大成者。就像在大海中撈針一樣，我們首先必須完全理解大海和針，為了發(fā)現(xiàn)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）制造的“迷你宇宙大爆炸”中的希格斯玻色子的罕見(jiàn)蹤跡，我們必須了解基礎(chǔ)物理學(xué)。標(biāo)準(zhǔn)模型幾乎是大自然給予人類(lèi)的最美妙的果實(shí)。然而，標(biāo)準(zhǔn)模型是作用力和粒子的大雜燴，沒(méi)有獲得完整的統(tǒng)一性和一致性。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，標(biāo)準(zhǔn)模型最早部分——麥克斯韋方程組統(tǒng)治了電磁學(xué)，公正地來(lái)說(shuō)，麥克斯韋方程組以平衡和優(yōu)美著稱(chēng)。