第4章 最基本的物質粒子是什么？

我們竟然如此不了解

組成物質的最小單位

發現人類的知識和科學僅僅與宇宙中5%的質量（即常規物質）相關，你或許會有以下幾種不同的反應。

1.你感到渺小和卑微，甚至有些恐懼。

2.你不斷否認這個事實。

3.你變得對宇宙極為感興趣。

4.你受到鼓舞，繼續閱讀此書。

如果你感覺到了卑微和恐懼，那么我們有個好消息要告訴你：本章的大部分內容只關乎常規物質。順便說一下，暗物質的確有一些難以捉摸的物理反應、沒人理解的化學反應，或者未知的生物反應，不過由暗物質構成的物理學家一定認為他們的物質才是正常的。或許我們的確不該太拿自己當回事兒。

我們也有壞消息：對于所已知的5%，我們也不是完全了解。這或許會讓你感到很詫異。畢竟，我們在這個星球上只生活了幾十萬年，就科學探索而言，我們已經做得很不錯了。你或許會說，我們已經控制了這個宇宙中的小小角落。現在，人們有那么多先進的技術，你或許認為我們對常規物質的研究已經非常充分了。我們甚至可以隨時隨地在線觀看數小時無聊的電視節目。這對于任何文明而言都是里程碑式的進步。

非常有趣的是，這既是對的也是錯的。我們對現實有一定的掌控能力，但我們不可能24小時不間斷地盯著錄像觀察現實世界。

我們的確比較了解常規物質，但常規物質也的確有很多讓我們疑惑的地方。尤其值得注意的是，我們現在甚至不知道構成物質的某些粒子是什么。這就是我們的處境。在日復一日的物理探索中，我們發現了十二種物質粒子。其中六種被稱為“夸克”（quark），剩余的六種被稱為“輕子”（lepton）。

然而，組成你周圍的一切事物只需要上面十二種粒子中的三種：上夸克、下夸克、電子（輕子的一種）。記住，上夸克和下夸克能夠組成質子和中子，這些和電子一起能夠組成原子。既然這樣，那么剩下的九種粒子是做什么的呢？它們為什么存在？我們不知道。

這太讓人困惑了。想象一下，你做了一個很棒的蛋糕，在烘焙、裝飾、品嘗之后（你是個出色的蛋糕師，蛋糕嘗起來非常棒），你發現還有九種原料未曾用過。誰將這些原料放在了那里？它們應該用在什么地方？是誰想出了目前的這個食譜？

真實的情況是，我們對于常規物質的了解還比不上對粒子蛋糕的了解。

簡而言之，我們明白如何將三個粒子（上夸克、下夸克和電子）結合在一起，組成任何一種原子。我們也知道原子如何組成分子、分子如何構成復雜的物體，比如蛋糕或者大象。但我們知道的也只有這么多了。我們對于這一切非常熟悉，從吸汗的內衣到太空望遠鏡，我們能夠制造很多很多東西。我們非常神奇，對吧？

然而，我們不知事物為什么按照現有的方式組成，也不知道它們能不能按照另外一種方式組成。這是宇宙自洽的唯一方式，還是像弦理論學家所預言的那樣，存在著10500個不同的版本？

到目前為止，我們并沒有在基礎的層面上了解宇宙中所有事物組合在一起的原因。這就像音樂，我們明白如何產生音樂，我們會隨之起舞，也會一起唱歌，但我們并不明白這為什么會讓我們產生愉悅的感覺。宇宙也一樣，我們知道它如何運轉，但是不知道它為什么要這樣運轉。

有些人或許認為這樣的解釋根本就不存在，或者即使存在，我們也永遠沒法知道或者理解。我們將在第16章討論這個問題。目前，我們肯定還不具備那樣的知識。

現在，假設你是一個很有好奇心的人，你對這個問題真的非常感興趣。你或許在尋找這個問題的答案，尋找這個答案和那些無用粒子的關聯。

好吧，如果想解答宇宙中最基本的“為什么”，我們首先要明白，宇宙在最基本的層面上是什么樣子的。也就是說，我們應該將宇宙分解到不能再分解。現實世界最小、最基本的單元是什么？如果那個單元是粒子，那么我們想知道構成這個粒子的粒子的粒子的粒子是什么，直到分無可分。

一旦發現了這樣的基本粒子，你或許能夠仔細研究一番，由此了解事物為何是現在這樣的。這就像在樂高的世界中尋找最小的積木。如果你找到了，那么你將知道每一件東西是如何與其他東西聯系在一起的。以同樣的方法，你也將了解現實世界深層次的真相，其中說不定就包括暗能量和暗物質的真相。

目前，我們并不確信自己已經知道了宇宙中最小的尺寸。就算我們目前所知的最小微粒不可分，我們也不知道是什么組成了這些樂高積木。但是讓人興奮的是，我們并非全無線索。這是宇宙填字拼圖游戲，它很像我們非常熟悉的一個東西：元素周期表。