第1章
看不見的足球

除了原子和真空是實際存在的，其他一切都只在意念之中。

——阿布德拉的德謨克利特

宇宙的最開始是一片虛空——一個奇特的真空世界——沒有空間，沒有時間，沒有物質，沒有光，沒有聲音。但是在自然法則的作用下，這個神奇的真空世界中潛在的能量正等待釋放，就像高聳的懸崖邊上搖搖欲墜的巨石一般。

等一等。

在“巨石”落下之前，我要解釋一下，其實我真的不明白我在談論什么。從邏輯上說，一個故事應該從開始講起。但這是一個關于宇宙的故事，很遺憾，我們沒有任何證據表明什么是最開始。沒有，一無所有。我們了解的只是已經到達成熟期的宇宙，而對于最初千千萬萬億分之一秒的時間，也就是在“大爆炸”后非常短的一段時間內的情況我們一無所知。如果你讀到或聽說了關于宇宙創生時的一些事情，那肯定是虛構的。這一領域屬于哲學的范疇。只有上帝才知道宇宙創生時發生了什么（但是他從來沒透露過一點）。

好，我們講到哪兒了？哦，對了——

就像高聳的懸崖邊上搖搖欲墜的巨石一樣，虛空中的平衡是非常敏感的，只要一點點沖動就會發生變化，而這種變化就產生了宇宙。事實上也確實這樣發生了，那一片虛空爆炸了，時間和空間就在爆炸之初的炙熱中創生。

物質則從這些能量中脫穎而出：一堆密集的粒子在輻射中消失了，重新歸于物質（現在我們至少是在基于一些事實和理論推理來進行研究）。粒子的碰撞產生了新的粒子。在黑洞形成與解體的同時，時間和空間攪在一起翻滾沸騰著。這是多么奇妙的景象啊！

隨著宇宙的膨脹、冷卻、變得稀薄，粒子開始結合，不同的力也開始出現。質子和中子產生了，接著出現了原子核和原子。然后就是至今仍在膨脹的巨大的塵埃云，它們在某些地方聚集起來，形成了恒星、星系和行星。在一個標準星系的旋臂上，一顆最為普通的行星在圍繞著一顆普通的恒星運行。在這個星球上，綿延的大陸和澎湃的海洋經歷著自組織的過程，海洋里冒出的一些有機分子開始發生反應，并產生了蛋白質，生命就這樣開始了。植物和動物從簡單的有機體中進化出來，并最終產生了人類。

人類與其他生物的不同之處，主要在于他們是對自己的周圍環境極富好奇心的唯一物種。隨著物種變異的出現，一小撮與眾不同的人開始在大陸上活動。他們非常傲慢。他們并不滿足于欣賞宇宙的燦爛，而總是在問“怎樣”：宇宙是怎樣產生的；那些宇宙“原料”怎樣造就了我們這個令人難以置信的多樣的世界——恒星、行星、水獺、海洋、珊瑚、陽光以及人類的大腦。這些異類也提出過一個人類可以回答的問題，但只有經歷從老師到學生，數百代人幾千年的努力和獻身后才有可能找到問題的答案。在找到正確答案之前，這個問題也產生了許多錯誤百出、令人為難的答案。幸運的是，這些異類天生不知道什么是為難。他們的名字叫物理學家。

現在，在審視過這一探討了2000多年——這段時間只相當于宇宙時間長河中微不足道的一滴水珠——的問題以后，我們開始瞥見宇宙創生的整個過程了。在望遠鏡和顯微鏡中，在天文臺和實驗室里，甚至在便箋簿上，我們開始覺察到在宇宙產生的第一時刻起支配作用的原始的對稱和美的輪廓。我們幾乎能夠看到這些了。但是這些圖景還不是很清晰，而且我們也感覺到有什么東西在使我們的視野變得更為模糊——有一種黑暗的勢力在使宇宙固有的簡單本質變得模糊、隱秘和令人困惑。

宇宙是怎樣運行的？

這本書致力于探討一個從古代就困擾著科學發展的問題：物質的終極組成基元是什么？希臘哲學家德謨克利特把物質的最小組成單位稱為“原子”（意為“不可分割”）。這個“原子”并不是你在高中科學課上學的那種原子，像氫、氦、鋰，一直到鈾以及超鈾元素。按今天的標準來看（其實也就是按德謨克利特的標準看），那些都是大型的、不完整的和復雜的實體。對于一個物理學家，甚至是化學家來說，這些原子是裝著更小的粒子——電子、質子和中子——的真正的廢物箱，而質子和中子中又裝著更小的粒子。我們需要知道最基本的粒子有哪些，我們需要明白控制這些粒子之間相互作用的力是什么。因此，德謨克利特所說的“原子”，而不是化學老師所說的原子，才是構成物質的關鍵。

我們今天所看到的周圍的物質都是非常復雜的。一共有100多種化學原子，這些原子的有用的組合數是可以計算的，但非常龐大，以億億計。自然界就是利用這些組合即分子來構成行星、恒星、病菌、高山、支票、安定藥片、經紀人以及其他有用的事物。但事情也并非一直這樣。在大爆炸宇宙創生之后的最初一段時間里，并沒有像今天我們所知的這樣復雜的物質。沒有原子核，沒有原子，除了最基本的粒子以外就沒有其他東西了。這是因為在宇宙創生之初的極高溫度下，是無法形成任何復合物體的。假如經過短暫的碰撞形成了這種物體，它也馬上就會分解成最原始的狀態。此時可能只有一種粒子和一種力——甚至是一種粒子與力的統一體——以及相應的物理定律。在這些原始的實體里蘊藏著復雜世界的種子，人類就是在這個復雜世界中進化出來的，他們可能主要就是為了思考這些問題而生的。你可能會覺得原始宇宙很無趣，可是對于粒子物理學家來說，這才是最美的景致。它是如此簡單、如此美麗，只是在我們的思考中有些模糊。

科學的起源

在我們的主角德謨克利特出場之前，就有希臘哲學家試圖對世界進行解釋了。他們運用理性的論證，嚴格地排除迷信、神話以及上帝的干預。在適應一個充滿恐怖且從表面上看又反復無常的世界時，這些都是十分寶貴的經驗。但是，諸如晝夜交替、四季輪回、風云水火等自然界的規律性也給希臘人留下了深刻的印象。到公元前650年，在地中海地區出現了許多令人驚嘆的新技術。那里的人們懂得如何測量土地和通過恒星來導航；他們掌握了復雜的冶煉技術，以及有關恒星和行星位置的詳盡知識，可以用來制定歷法并進行各種預報；他們制造了精密的工具、漂亮的紡織品和精巧的裝飾瓷器。在希臘帝國的一個位于現在土耳其西海岸的熙熙攘攘的殖民城市米利都，有一種公認的觀點認為，這個看起來復雜的世界實質上非常簡單，而且這種“簡單”可以通過邏輯推理來發現。在大約200年后，阿布德拉的德謨克利特提出“原子”是解開簡單宇宙的一把鑰匙，研究也就隨之展開。

物理學是源于天文學的，因為最早的哲學家總是滿懷敬畏地仰望夜空，尋找能夠解釋恒星位置、行星運動以及太陽升落等天文現象的邏輯模型。后來，科學家把他們的目光投向了地面，開始研究地球表面發生的現象，如蘋果落地，箭矢飛行，鐘擺、風雨和潮汐的有規律運動等，從而建立起一套“物理定律”。物理學在文藝復興時期開始繁榮起來，并在1500年左右成為一門獨立的學科。隨著時間的推移，以及顯微鏡、望遠鏡、真空泵、鐘表等儀器的發明，我們的觀察能力得到了大大加強，有越來越多的現象被揭示。我們可以通過在筆記本上記錄數字，繪制表格和圖表，然后成功地用統一的數學語言記錄下來那些現象，從而對其進行詳盡的描述。

到20世紀初，原子已經成為物理學的前沿。20世紀40年代，原子核也已成為研究的中心。漸漸地，越來越多的領域成為觀測的對象。隨著觀測儀器的日益改進，我們可以更加精細地觀察越來越細微的東西，隨之而來的便是對我們的觀察和測量結果的分析、綜合和總結。伴隨每一次重大進步的是研究領域的進一步細分：一些科學家沿著“還原論者”的道路去探索原子核以及亞核領域；而另一些科學家則致力于對原子（原子物理學）、分子（分子物理學和化學）和核物理學等領域的更深層次的理解。

利昂陷進去了

我還是少年的時候就與分子結了緣。在高中和大學低年級階段，我非常喜歡化學，但是后來我逐漸轉向了物理學，因為它似乎比較干凈——實際上是沒有氣味。那些學物理學的小伙子不僅更加有趣，而且籃球也打得非常棒，他們深深地感染了我。我們中的巨人是哈爾彭（Isaac Halpern），他現在是華盛頓大學的物理學教授。他聲稱每次去看張貼出來的考試成績時，只是想確認一下自己的那個A是“平頭還是尖頭”。很自然，我們大家都很喜歡他。他跳遠的成績也比我們任何人都要好。

我對物理學問題感興趣是因為它們有清晰的邏輯和明確的實驗結果。在大學四年級的時候，我高中以來最好的朋友克萊因（Martin Klein）——現在是耶魯大學著名的愛因斯坦研究專家——有一次和我喝著啤酒徹夜長談，他高談闊論地給我講起了物理學的燦爛輝煌。這確實起了作用。加入美國軍隊前，我拿的是化學學士的學位，可是我決定如果能在日常訓練和第二次世界大戰中活著回來的話，就去做一個物理學家。我是在1948年才最終進入物理學領域的，這一年我利用當時世界上最強大的粒子加速器——哥倫比亞大學的同步回旋加速器——開始做我的博士學位研究課題。哥倫比亞大學校長艾森豪威爾是在1950年6月為這臺加速器剪的彩。由于幫助艾克[1]贏得了戰爭，哥倫比亞大學校方顯然非常樂于接受我，他們付給我一年4000美元左右的報酬，只是一星期需要工作90個小時。那真是一個令人瘋狂的時代！20世紀50年代，同步回旋加速器和其他強大的新設備一起開創了粒子物理學的新格局。

對外行來說，粒子物理學最顯著的特征也許就是儀器和設備。我正是在粒子加速器時代來臨時加入這個領域的。在隨后的40多年里，這些加速器統治著物理學領域，而且今后仍將如此。最早的“原子粉碎器”的直徑只有幾英寸。今天，世界上最強大的加速器坐落在伊利諾伊州巴達維亞的費米國家加速器實驗室，這一機器被稱為太瓦質子加速器，其周長約有4英里，能以前所未有的能量粉碎質子和反質子。到2000年左右，太瓦質子加速器的能量之冠地位被打破。所有加速器之母——超導超級對撞機（SSC）——目前正在得克薩斯建設，[2]其周長約有54英里。

有時我們會問自己：我們是否已在什么地方走錯了路？我們是否已被機器迷惑住了？粒子物理學是不是某種神秘的“計算科學”，花費巨大的人力、使用龐大的機器研究如此深奧的現象，當粒子在高能作用下發生碰撞時，甚至連上帝也無法確定會發生什么。當然，把這一過程當作一條歷史之路——這條路可能始于公元前650年的希臘殖民地米利都——的延續，我們可以獲得信心和鼓舞。這條路的終點是一座無所不知的自由之城，在那里，就連環衛工人甚至市長都明白宇宙是怎樣運行的。許許多多的科學家都走過這條路：德謨克利特、阿基米德、哥白尼、開普勒、伽利略、牛頓、法拉第，一直到愛因斯坦、費米，以及與我同時代的人。

這條路時寬時窄：有時它經過很長的一段空白（就像穿越內布拉斯加州的80號公路），有時又會穿過有很多美景的彎道。在這條道路兩旁有許多標著“電力工程”“化學”“無線通信”或者“凝聚態物質”的誘人的支路。選擇支路的那些人已經改變了這個星球上人類的生活方式；而那些還在這條路上行進的人則會發現，一路上遇到的都是相同的標牌，上面清晰地寫著：“宇宙是如何運行的？”就是在這條路上，我們可以找到20世紀90年代的加速器。

我是在紐約的百老匯大街和120號大街踏上這條科學道路的。那個時候，所有的科學問題看起來都非常清晰和重要，這些問題都涉及所謂的強核力和一些理論上預言的粒子——π介子的特性。哥倫比亞大學的加速器就是專門用質子轟擊目標靶來產生介子的。當時，這臺儀器的原理非常簡單，就連研究生也能夠理解。

20世紀50年代的哥倫比亞大學是物理學的溫床。湯斯不久就發現了激光并獲得了諾貝爾獎，雷恩沃特（Leo Rainwater）憑借他的原子核模型獲得了諾貝爾獎，蘭姆（Willis Lamb）則是因為測量了氫光譜中的微小位移而獲得諾貝爾獎的。曾經給我們巨大鼓舞的諾貝爾獎獲得者拉比（I. I. Rabi）帶領了一個小組，其中的拉姆齊（Norman F. Ramsey）和庫什（Polykarp Kusch）都在適當的時候獲得了諾貝爾獎。李政道則因為宇稱不守恒理論分享了諾貝爾獎。有如此之多的教授受到過瑞典圣水的洗禮，真是一件令人既高興又沮喪的事：作為年輕的一代，我們的西服扣上都印著“仍未獲獎”。我的專業認識的“大爆炸”出現在1959—1962年，當時我和哥倫比亞大學的兩位同事正在進行前所未有的高能中微子碰撞的測量工作。中微子是我喜歡的粒子。中微子幾乎沒有任何性質：沒有質量（或者極小），沒有電荷，沒有半徑，甚至也沒有強力作用于它。如果文雅一點描述中微子，可以用“難以捉摸”這個詞。這就是僅有的一點兒事實，而且它能夠穿過幾百萬英里的固體鉛，只有很低的概率會發生可以測量出來的碰撞。

我們1961年的實驗為20世紀70年代逐漸為人所知的粒子物理學“標準模型”奠定了基礎。1988年，這個實驗被瑞典皇家科學院授予了諾貝爾獎。（每個人都會問，他們為什么要等27年的時間？我真的不知道。我常對家人開玩笑說，瑞典皇家科學院把時間拖后是因為他們不能確定應該獎勵我的哪一項偉大成果。）獲得諾貝爾獎當然令人非常激動，但這種激動實在不能與我們意識到實驗成功那一刻那種難以名狀的激動相比。

物理學家今天的感覺和幾個世紀前的科學家是一樣的。他們的生活充滿渴望、痛楚、困苦、緊張、絕望、沮喪和氣餒，但是中間也偶爾穿插著喜悅、興奮、笑聲和得意。這些感情都是在不經意間產生的，緣由往往只是對由其他人揭示出來的新鮮的、重要的或者美麗的事物的頓悟。如果你是一個凡人，就像我所認識的大多數科學家一樣，當你自己發現了宇宙中的一些新奧秘時，以為美好的時刻就會到來。令人驚奇的是，這個時刻經常發生在凌晨3點，此時你往往獨自在實驗室里，發現了某種意義深遠的事情，而且你意識到地球上的其他50億人都不知道你現在發現的東西。或者你希望如此。當然，你也會急著想告訴那些不知道的人，這就是“發表”。

本書串接了過去2500年間科學家們經歷的無窮的幸福時刻。這些幸福時刻加在一起，便構成了目前我們關于宇宙及其運行機制的知識。痛苦和失望也是故事的一部分。常常是固執、保守甚至僅僅是性情問題阻礙了這些“尤里卡時刻”[3]的出現。

然而，科學家并不能依賴這些“尤里卡時刻”來充實自己的生活。在日常的活動中還應該有一些樂趣。對于我來說，樂趣就是設計和制造能教我們認識特別抽象之問題的儀器設備。當我還是哥倫比亞大學的一名感情豐富的研究生時，我就幫助一位來自羅馬的舉世聞名的教授制作了一臺粒子計數器。當時我是這方面的新手，而他是一位老手。我們一起在車床上加工黃銅管（那時已經是下午5點以后，機械師們都回家了），然后在試管兩端焊上帶玻璃尾端的端蓋，并且在穿過玻璃的絕緣金屬短桿中間拉了一條金線。我們往計數器內充入特殊氣體，一充就是幾個小時，同時把金線連在一個示波器上，使用1000伏電源供電，并且用一個特殊的電容進行保護。我的教授朋友——我們可以稱他為吉爾貝托，因為這是他的名字——一邊仔細地盯著示波器上的綠色波形，一邊用十分蹩腳的英語給我講解粒子計數器的歷史和發展。突然吉爾貝托停了下來，并語無倫次地大喊起來：“Mamma mia！Regardo incredibilo！Primo secourso！”（或者類似的話。）他指著示波器大聲嚷著，并把我舉到了空中——盡管我比他高6英寸，重50磅——還拉著我滿屋子跳舞。

“發生什么事情了？”我結結巴巴地問。

“Mufileto！”他回答道，“Izza計數，Izza計數！”

他可能有意為我裝出這很重要的樣子，但通過我們自己的雙手、眼睛和大腦，我們改進了一種儀器，能夠檢測到宇宙線粒子的通過，并通過示波器的掃描尖峰將其記錄下來，這確實讓他非常激動。雖然他可能數千次地觀察到這種現象，但他依然激動不已。這種宇宙線可能是從一個遙遠的星系發出來的，經過數光年的旅途到達了百老匯大街和120號大街的一間位于10層的房間里，這只是他興奮的一部分原因。吉爾貝托似乎從不衰竭的熱情是極富感染力的。

物質圖書館

在解釋基本粒子的物理學時，我經常會引用（還會修飾一番）古羅馬詩人和哲學家盧克萊修的一個可愛的比喻。假設我們的任務是尋找一座圖書館的最基本的組成單元，那該怎么辦呢？首先，我們會想到按不同主題分類的圖書：歷史、科學或是傳記。或者，我們可能會依照尺寸分類：厚的、薄的、高的、矮的。在考慮過這樣一些分法后，我們會發現圖書是很容易就可以進一步細分的復雜對象。所以我們要往深處看。章節、段落和句子等這些粗糙而又復雜的成分可以很快被排除。那就是單詞！想想在圖書館入口處桌子上放著的那本厚厚的所有單詞的分類目錄——詞典。我們可以通過遵循特定的規則，也就是語法，用詞典里的單詞組合出圖書館里所有的圖書。相同的單詞可以被一次又一次地重復使用，按照不同的方式組合起來。

但是單詞的數目也太多了！進一步的思考會使我們想到字母，因為單詞也是“可分的”。現在我們終于找到了！26個字母可以組成成千上萬的單詞，這些單詞又可以組成數以百萬（抑或億萬？）計的圖書。現在我們必須引入一組限制字母組合的拼寫法則。如果不是非常年輕的批評家的干擾，我們可能就會發表這個不成熟的發現了。年輕的批評家們毫無疑問會揚揚自得地說：“你根本就不需要26個字母，老爺爺。你所需要的只是1和0。”今天的孩子們都是玩著數字紙牌長大的，他們更為熟悉把0和1轉換成字母的計算機算法。如果你已經老得對這些不太熟悉的話，那你可能還記得由“點”和“畫”組成的莫爾斯電碼。無論怎樣，現在我們已經可以通過適當的編碼使用0和1（或者點和畫）組成的序列來構成26個字母，并且可以拼寫出詞典里的所有單詞；這些單詞按照一定的語法又可以構成句子、段落、章節，最后是圖書；而圖書則構成了圖書館。

現在，如果0和1已經不能再拆分了，那么我們就已經發現了圖書館的最基本的“原子”構成。打個不太恰當的比喻，宇宙就是這座圖書館，自然界的作用力就是語法、拼寫規則和算法，0和1就是我們所說的夸克和輕子，這些是目前最接近德謨克利特所說的“原子”的粒子。當然，所有這些粒子都是看不見的。

夸克和教宗

聽眾中的那位女士很頑固。“你看到過原子嗎？”她總是這樣問。對一個早已接受原子的客觀存在性的科學家來說，這是一個惱人的問題，但也是可以理解的。我可以把原子的內部結構形象化。我可以說出一個想象中的圖像：電子圍繞著微小的原子核，“形成”了一片有些模糊的云狀結構，而原子核則對薄霧狀的電子云有吸附作用。由于大家都是根據方程來構建模型的，所以對于不同的科學家來說，這種想象中的圖像不可能完全相同。這種書面描述雖然滿足了科學家們希望有一幅形象的圖像的需要，但它還算不上用戶友好。可是我們能夠“看見”原子和質子——對了，還有夸克。

我在回答這個棘手的問題時，總是先歸納一下“看見”這個詞的含義。如果你戴著眼鏡，是否“看見”了這頁紙？如果你看的是這本書的微縮膠卷版呢？如果你看的是影印版呢？（這樣你就侵犯了我的版權）如果你讀的是計算機屏幕上的文字呢？最后，我絕望地問：“你見到過教宗嗎？”

“嗯，當然。”這是常見的回答，“我在電視上看到過他。”唔，是這樣嗎？她看到的不過是電子束打到涂在玻璃屏幕內側的磷上發出的光。我對于原子和夸克的證據也是如此。

證據是什么呢？就是粒子在氣泡室中的軌跡。在費米實驗室的加速器里，一臺三層樓高、價值6000萬美元的探測器采用電子方式檢測到了質子和反質子的碰撞“碎片”。這里的“證據”——“視覺”，就是這些傳感器，當一個粒子經過時就會發出一次電脈沖。所有這些電脈沖通過成千上萬根導線輸送到電子數據處理器上，最后用0和1編碼，記錄在磁帶上。磁帶記錄的是質子和反質子的熱碰撞，1次碰撞可以產生多達70個粒子，它們分別飛進探測器的不同部分。

科學，尤其是粒子物理學，需要通過重復實驗才能得出可信的結論，也就是說，在加利福尼亞做的實驗應該可以被日內瓦的不同類型的加速器驗證出來。此外，還要通過在每次實驗過程中設置測試和驗證點，以確保儀器按照設計的方式運行。這是一個長期而復雜的過程，是數十年實驗的結果。

但是，許多人對粒子物理學還是感到很神秘。那位固執的女士并不是被那些整天尋找微小的不可見粒子的科學家弄糊涂的唯一聽眾。那么，就讓我們換個說法……

看不見的足球

讓我們想象一下從“特維洛”行星來的某種智能物種。他們看起來和我們很像，也像我們一樣交談，能像人類一樣做任何事情，只有一件事情例外——他們的視覺器官比較特殊，這樣就無法看到黑白對比鮮明的物體，比如斑馬、橄欖球裁判的襯衫或者足球。順便說一下，這并不是什么稀奇古怪的現象。地球人還有更奇怪的地方。如在我們視野的中間有兩個盲點，我們之所以察覺不到它們的存在，是因為大腦會通過視野中其他地方的信息進行推斷，來猜測盲點處的信息應該是什么，然后反饋給我們。盡管人們看到的部分信息充其量不過是很好的猜測，但他們還是能在高速公路上以時速100英里行駛，能操作腦外科手術，或者玩火把戲法。

一組“特維洛”使者肩負友好的使命來到了地球。為了讓他們感受一下我們的文化，我們就帶他們去看這個星球上最受歡迎的文化盛事之一：世界杯足球賽。當然，我們并不知道他們看不見那個黑白相間的足球。所以，他們雖然很有禮貌地坐在那里觀看比賽，但是臉上的表情卻很困惑。他們看到的不過是一群穿著短褲的人在場地上跑來跑去，在空中毫無目的地踢腿，相互撞在一起，人仰馬翻。有時一位官員會吹一聲哨，一個運動員就跑到邊線上，在其他運動員的注視下將雙手舉過頭頂。有時守門員會莫名其妙地倒在地上，觀眾中就爆發出一陣歡呼，而另一方就會加上一分。

特維洛人大概在前15分鐘都是非常困惑的。隨著時間的推移，他們開始嘗試著去理解這種游戲。有些人采用了分類技術。部分是由于服裝的緣故，他們推斷出是兩個隊在互相爭斗。他們還根據場上隊員的跑動繪制出圖表，發現每個運動員看起來都或多或少在場地的某一區域活動。這樣，特維洛人為了闡明他們所發現的世界杯足球賽的含義，就像地球人一樣，給場上每個運動員的位置都起了名字。他們還對這些位置進行了分類、比較和對照，并把每個位置的優點和缺點都標在一幅巨型圖表上。當特維洛人發現了足球比賽中存在的對稱性時，他們就取得了一個重大突破。也就是對于A隊中的任何一個位置，在B隊中也有相應的位置。

離比賽結束還有兩分鐘，特維洛人已經畫了幾十張圖表，繪制或總結出數百個表格和公式，還有許多足球比賽的復雜規則。雖然這些規則在一定程度上可能都是正確的，但是沒有一條真正把握住了這種比賽的實質。這時，一個一直保持沉默的不起眼的年輕特維洛人說出了他的想法。“我們可以假設，”他有點戰戰兢兢，“有一個看不見的球。”

“你說什么？”年長的特維洛人問道。

當那些年長者還在檢查什么才有可能是這場比賽的核心，想弄清是各個運動員的來來往往還是場地的劃分時，那個不起眼的小人物卻擦亮了眼睛，去注意那些很少出現的事件。而他確實發現了一點。就在裁判宣布得分之前的一瞬間，以及人群開始沸騰之前那一刻，這位年輕的特維洛人注意到球網后面在一剎那間凸起了一塊。足球是一種低比分的比賽，所以只能觀察到很少幾次凸起，而且每次持續的時間都很短。即使這樣，也有足夠的事例能使那位小人物注意到那個凸起的形狀是半圓形。所以他就得出了一個瘋狂的結論，認為足球比賽需要有一個看不見的球（至少對于特維洛人是看不見的）。

使團中的其他特維洛人聽了這個理論，經過激烈的爭論，他們認為，盡管經驗證據不足，但這個年輕人說的還是有點道理。其中一位年長的政治家——他其實是一位物理學家——指出，為數不多的稀有事件有時會比那些出現了上千次的尋常事件有意義得多。而這種比賽的一個無可辯駁的結論就是肯定有一個球這一簡單的事實。假設確實有一個球存在，雖然由于某種原因特維洛人看不到這個球，但所有的問題一下子都迎刃而解。這場游戲是合乎情理的。不僅如此，他們在那個下午得出的所有理論、圖表和公式仍然是正確的，而球則解釋了這些規則的合理性。

這個故事對于許多物理學難題都有啟發，尤其是與粒子物理學密切相關。要是不知道對象（球），也沒有一套合乎邏輯的規律可以遵循，我們就不可能理解規則（自然規律），也無法推斷出所有粒子的存在。

科學的金字塔

我們現在是在討論科學和物理學，所以在繼續進行之前，需要先定義一些術語。物理學家是怎樣的一類人？物理學在科學那宏大的框架中處于怎樣的位置？

自然科學是有明顯層次之分的，雖然它不是社會價值甚至智力水平那樣的層次之分。得克薩斯大學人文學家弗雷德里克·特納（Frederick Turner）的說法更為深刻。他指出，存在一座科學的金字塔。這座金字塔的基礎是數學，這倒不是因為數學更加抽象或者更為絕妙，而是因為數學不依賴或需要任何其他學科；處于金字塔上一層的物理學則要依賴數學。處在物理學上層的是化學，因為化學需要物理學知識，而在這種公認的簡單分類中，物理學是與化學定律無關的。比如說，化學家關心的是原子是怎樣構成分子的，以及在近距離情況下分子是如何起作用的。原子之間的作用力非常復雜，但歸根結底它們要遵循帶電粒子之間的吸引與排斥定律，換句話說就是物理學定律。接下來的一層就是建立在物理學和化學基礎上的生物學。金字塔再往上的層次就越來越模糊也不大容易確定了：當談到生理學、醫學和心理學時，原來的層次就已經很不清晰了。在層與層的接口之間是一些邊緣學科：數學物理學、物理化學、生物物理學，等等。當然，我會把天文學塞到物理學里，不過對于地球物理學和神經生理學，我就不知道該怎么辦了。

這座金字塔可以用一句古老的諺語不太禮貌地總結出來：物理學家只聽數學家的，而數學家只聽上帝的（盡管你很難找到一名那樣謙虛的數學家）。

理論家和實驗家：農夫、豬和塊菌

粒子物理學領域有理論家和實驗家之分。我屬于后一類人。物理學總體上就是在這兩類人的相互影響下發展起來的，但兩者卻永無休止地陷入一種“愛恨”交織的糾葛之中，因為人們總在計算兩者的高下：有多少重要的實驗發現是理論預言過的？有多少完全屬于意外？例如，反電子（正電子）就被理論預言過，介子、反質子和中微子也是如此；而μ子、τ子和Υ介子則是意外發現的。一項比較粗略的研究表明，在這場愚蠢的爭論中兩種情況出現的次數大致相等。可是究竟誰統計過呢？

實驗意味著觀察和測量，它需要構建一些特殊條件，以便使觀察和測量最富有成效。古希臘人和現代天文學家都面臨著一個共同的問題，那就是他們從來沒有操縱過他們所觀察的對象。古希臘人不能或不愿進行實驗，他們僅僅滿足于觀察。那些現代天文學家倒是滿心想讓兩顆恒星相撞——要是星系就更好了——不過他們還不具備這個能力，也就只能滿足于提高觀測水平了。但是在西班牙，我們已經掌握了1003種研究粒子性質的方法。

利用加速器我們可以設計發現新粒子的實驗。我們可以有目的地用粒子轟擊原子核，然后采用邁錫尼學者閱讀B類線形文字[4]的方式——如果我們能夠破譯那些代碼的話——讀出粒子發生偏轉的詳情。我們可以制造一些粒子出來，然后對其進行“觀察”，看它們能存在多長時間。

當一位富有洞察力的理論家綜合現有的數據，覺得需要存在一種新粒子的話，他就會預言存在一種新粒子。可是更多的情況是這種粒子并不存在，這一理論自然就會受到質疑。這樣，理論能否繼續生存下去就完全取決于理論家的決心了。對于該理論是否成立的關鍵則在于進行兩種實驗：專門驗證一種理論的實驗和開拓一個新領域的實驗。當然，推翻一個理論常常更有意思。像赫胥黎所說，“科學的悲劇就在于一個漂亮的假說被一個難看的事實推翻了”。好的理論不僅可以解釋已有的實驗，也能預言新的實驗結果。實驗和理論的相互作用是粒子物理學的樂趣之一。

歷史上有些著名的實驗家——包括伽利略、基爾霍夫、法拉第、安培、赫茲、湯姆遜父子（J.J.湯姆遜和G.P.湯姆遜）和盧瑟福——同時也是相當有才華的理論家。但這種理論暨實驗物理學家是一個正在消失的種群（在我們這個時代，費米是一個突出的例外）。拉比曾以歐洲的實驗家不會在圖表上增加一個欄目，而理論家不會系自己的鞋帶的評論，來表達他對“理論”與“實驗”之間逐漸加寬的鴻溝的關注。今天有兩類物理學家，雖然他們有著探索宇宙的共同目標，但在文化視野、技巧和工作習慣上有著很大的不同。理論家總是很晚才去工作，在希臘的海島或瑞士的山峰上參加令人精疲力竭的討論會，出去休很長的假期，在家里時會極為頻繁地倒垃圾。他們經常擔心會失眠。據說有一個理論家心事重重地到實驗室的醫生那里抱怨說：“醫生，你一定要幫我！我晚上睡得很好，早上起來也沒有不舒服，可是整個下午都輾轉反側、坐立不安。”這種舉止經過人們添油加醋地模仿，就鑄成了凡勃倫（Thorstein Veblen）的暢銷書《有閑階級論》（The Leisure of the Theory Class）所表露出來的不公正的形象特質。

實驗家從來不遲到——他們可能就沒有回家。當實驗室工作緊張的時候，外面的世界對于他們來說已經不存在了，他們的精力完全投入了工作之中。睡覺嘛，也僅僅是在加速器的地板上瞇上一個小時。理論物理學家可能一輩子也碰不到實驗工作中存在的智力挑戰，也經歷不到其中的激動和危險——高懸在頭頂的重達10噸的起重機、醒目的頭蓋骨和交叉腿骨圖案，以及“危險，有放射性”的標牌。理論家面臨的唯一風險是當他們在查找計算錯誤時用鉛筆戳到自己的頭。我對他們的態度是既羨慕又畏懼，既尊敬又關心。理論家寫了幾乎所有的科普圖書，如帕格爾斯（Heinz R. Pagels）、維爾切克（Frank Wilczek）、霍金、費曼等人都是這樣。為什么不呢？他們有那么多空閑時間。不過理論家總有些驕傲自大。在我掌管費米實驗室的時候，就曾跟理論組的人鄭重地談過要防止傲慢自大的問題。其中至少有一個人非常認真地接受了我的意見。我永遠也忘不了偶然聽到的從他的辦公室里傳出的祈禱聲：“親愛的上帝，原諒我傲慢的過失吧，上帝呀，我說的所謂傲慢，是指……”

理論家像其他許多科學家一樣，有著非常強烈，有時甚至是荒謬的競爭意識。不過有些理論家卻非常平靜，可以超然于只有凡人才會參與的斗爭之外。費米就是一個典型。至少從表面上看，這位偉大的意大利物理學家從未認同過“競爭”這個概念。盡管普通物理學家常常會說“某個發現是我們首先發現的”，但費米卻只想知道細節。然而，有一年夏天，在長島的布魯克黑文實驗室附近的海灘上，當我向費米演示怎樣用潮濕的沙子堆出栩栩如生的建筑時，他立刻提議我們比試一下，看誰能堆出最好的側身裸體沙雕。（我拒絕透露那場比賽的結果，那取決于你是喜歡裸體雕刻的地中海流派還是培勒姆灣流派。）

在一次會議期間，我發現自己午餐時坐在費米旁邊。我充滿敬畏地坐在偉人面前，問他關于剛剛在會議上聽到的一種被稱為K-0-2粒子的相關證據的看法。他盯著我看了一會兒，然后說道：“年輕人，如果我能夠記得這些粒子的名字，我就是植物學家了。”此后，我作為一個給人深刻印象的年輕人與這件事情的經過一起成了許多物理學家口中的故事。

理論家可能是實驗家（我們只不過是水管工和電工）樂于請教和學習的熱心人。我榮幸地同這個時代的一些著名理論家進行過長談——已過世的費曼，他在加州理工學院的同事蓋爾曼，狡黠的得克薩斯人溫伯格，與我一樣愛講笑話的格拉肖。還有比約肯（James Bjorken）、韋爾特曼、蓋拉德（Mary Gaillard）和李政道也是我樂于共事、學習和交往的偉人。我的實驗中有很大一部分是參考這些專家的論文或者與他們討論的結果。不過，有些理論家卻不那么令人愉快，他們的光輝由于某種古怪的不安全感而顯得黯淡，這可能會讓人想起電影《阿馬多伊斯》（Amadeus）中薩列里對年輕的莫扎特的看法：“上帝啊，為什么你為如此天才的作曲家賦予了一個卑鄙的皮囊？”

理論家一般會在年紀輕輕時就達到其研究水平的頂峰；創造力總是很早就會出現，并且在15歲以后便開始枯竭，或者看上去是這樣。他們只用知道那一點就夠了，在年輕的時候他們還沒有背上無用的智力包袱。

當然，理論家經常會得到一些并非恰如其分的榮譽。理論家、實驗家和科學發現的關系有時也會被比作農夫、豬和塊菌的關系。農夫把豬帶到可能有塊菌的地方，豬就開始努力地尋找塊菌。最后，豬找到了一塊，可正當它要吃掉塊菌時，農夫卻把塊菌拿走了。

“夜貓子”

在接下來的章節中，我要從發現者——主要是實驗家——的角度討論物質的歷史和未來。我希望這樣做不會失之偏頗。想想伽利略，他爬上比薩斜塔的頂端，往木臺子上扔下兩個不同重量的鐵球，以便能夠聽到一聲或兩聲撞擊。想想費米和他的同事們，他們在芝加哥大學橄欖球館下面實現了第一個持續鏈式反應。

當我談到科學家一生的痛苦和艱難時，我說的可不是一般的焦慮。伽利略的工作受到教會的責難；居里夫人則由于輻射患上白血病，付出了生命的代價。我們中有太多的人患有白內障，而且全都缺少足夠的睡眠。我們所了解的關于宇宙的大多數知識都是那些“夜貓子”先生（和女士）賜予我們的。

“原子”的故事當然也有理論家的身影，是他們幫助我們度過了溫伯格所說的“實驗突破之間的黑暗時期”，帶領我們“不知不覺地走出了誤區”。溫伯格的著作《最初三分鐘》盡管現在有些過時，但仍不失為通俗地介紹宇宙起源的最好作品（我總是認為這本書之所以賣得好是因為人們以為它是一本性知識手冊）。我談論的重點將是我們在原子內部進行的關鍵的測量。但是不涉及理論你就無法解釋數據。所有這些測量數據都是什么意思呢？

哦，數學

我們將不得不談論一下數學。即使是實驗家也不能一輩子避免與方程和數字打交道。完全避免數學，其后果就好像人類學家不去考察他所研究的文化的語言，或者莎士比亞學者不去學習英語一樣。數學是科學——尤其是物理學——之網中最復雜的部分，排斥數學也就意味著失去了許多美麗的東西、恰當的表示方法和有關問題的神圣外衣。在實際工作中，數學使得我們更加容易解釋思想是如何形成的、儀器是如何工作的以及事物是如何結合成一個整體的。你在這里發現了一個數據，在那里又發現一個相同的數據——也許它們就是相關的。

請打起精神來。我并不準備進行計算，而且最后也不會有任何數學。我在芝加哥大學曾給非科學專業的學生上過一門課（叫“給詩人的量子力學”），課堂上我在介紹這一問題時對于數學只是點到為止，并沒有進行實際的演算。因為在全班學生面前，連上帝也會禁止我這樣做的。即便如此，我還是發現黑板上那些抽象的符號會讓教室里的觀眾眼神呆滯。比如，如果我寫下x＝vt（讀作：x等于v乘以t），大廳里就會響起一片嘆息。并不是這些父母每年要為他們支付20000美元學費的優秀孩子不會計算x＝vt。如果給他們x和t的值，讓他們求v，48％的人能給出正確答案，15％的人根據律師的建議拒絕回答，5％的人會要求演示（是的，我知道這些數加起來不等于100％，但我是一個實驗家，不是理論家。何況愚蠢的錯誤還能讓我的學生們增強信心）。學生們逃避問題的原因是他們知道我后面就要談到這一問題。對他們來說談論數學是一件很不習慣的事，會帶來很嚴重的焦慮感。

為了重新獲得學生們的尊重和好感，我馬上換了一個更加熟悉、更為合適的話題。請檢驗圖1.1：

如果一個火星人盯著這幅圖看，試圖去理解其含義，那么淚水肯定會從其肚臍眼里流出來的。但是那些高中都不能畢業的橄欖球迷會大喊起來：“這不是華盛頓紅皮膚隊的達線得分嗎？！”這種后衛阻擋路線的表示比x＝vt要簡單嗎？實際上，它是一樣的抽象，當然也顯得更加神秘。方程x＝vt在宇宙的各個地方都可使用。紅皮膚隊的短碼戰術可以在底特律或布法羅持球觸地得分，但是永遠也不可能到大熊星座上得分。

所以我們可以認為方程具有實際意義，就像橄欖球比賽中的戰術圖——盡管過于復雜和粗糙——對于球場一樣有實際意義。事實上，重要的不是使用方程x＝vt，而是要理解，將其理解為對我們生活于其中的宇宙的一種描述。理解了x＝vt，你就擁有了力量，你就能預測未來并了解過去，包括靈應牌和羅塞塔石碑。那么這個公式到底是什么意思呢？

x表示物體的位置。這個物體可以是駕駛著保時捷汽車沿著州際高速公路兜風的哈里，也可以是呼嘯著沖出加速器的電子。如果x＝16個單位，則表示哈里或者電子距離定義為0的位置有16個單位。v表示哈里或者電子移動得有多快——比如哈里以80英里/時的車速行駛或者電子以100萬米/秒的速度運動。t表示在某一個人喊了一聲“開始”之后流逝的時間。現在我們可以預言物體在任意時刻的位置，無論t等于3秒或者16小時或者100000年。我們還可以說出物體在哪里，無論t等于-7秒（在t＝0之前7秒）還是t＝-100萬年。換句話說，如果哈里從你所在的車道出發，以80英里/時的速度向東行駛，那么“出發”1小時后他顯然會在你的車道以東80英里的地方。相反，假定他的速度一直是v，并且v是已知的，那你就可以計算出哈里1小時之前（-1小時）在哪里。當然，假定的前提條件是必不可少的，因為如果哈里是一個酒鬼的話，他在1小時前可能會待在喬氏酒吧里。

費曼從另一個角度解釋了這個方程的微妙之處。在他的版本中，一個警察攔住了一位駕駛小旅行車的女士，側身沖著她的車窗咆哮道：“你知道你的速度已經達到每小時80英里了嗎？”

“別開玩笑了，”女士回答道，“我離開家只有15分鐘。”費曼認為他發明了一種很輕松的微分學方法，但當他講的這個故事被指責有性別歧視時，他感到非常震驚。所以我在這里就不講了。

我們在數學王國里的這一短暫旅程的關鍵就是方程有解，這些解可以被比作現實世界中的測量和觀察結果。如果結果和解吻合得很好，人們對于原定律的信心就會增強。可是，我們有時會發現方程的解和測量觀察結果并非總是一致的，在這種情況下，經過檢驗和再檢驗，解所體現出來的“規律”就會被扔進歷史的垃圾箱。有時，方程的解所揭示的自然規律完全出人預料而且會非常古怪，這樣就會帶來尚未證實的新理論。如果以后的一系列觀測結果也都證明它是正確的，那就值得慶祝了。不管結果如何，我們知道宇宙的基本原理和電子振蕩電路的功能、建筑鋼梁的振動一樣，都可以用數學的語言描述出來。

以秒計算的宇宙年齡（1018秒）

關于數字還有一件事情。我們的主題會經常從極為細小的微觀世界轉到巨大的宏觀世界，因此，處理的數據可能非常非常大，也可能非常非常小。所以，在大多數情況下，我會使用科學記數法。例如，我會把1000000寫成106，意思是10的6次方，表示1后面有6個0。如果有這么多美元，可以維持美國政府運轉20秒鐘。如果不是以1開頭的大數，也可以用科學記數法表示，例如5500000可以寫成5.5×106。如果是小數，則只需加上一個負號：一百萬分之一（1/1000000）可以寫成10-6，意思是1在小數點右邊的第六個位置，即0.000001。

但關鍵是要掌握這些數字的量級。科學記數法的一個缺點就是它隱藏了數字真正的大小。科學上與時間相關的數字，其跨度是令人難以置信的：10-1秒就是一眨眼的工夫；10-6秒是μ子的壽命；10-23秒就是光子——光的粒子——穿過原子核的時間。請記住：數字以10的冪次增長是極其迅速的。所以107秒就相當于4個月多一點，109秒就是30年。而1018秒就粗略地等于宇宙的壽命，也就是從大爆炸開始宇宙所經歷的時間。物理學家是用秒來衡量時間的，盡管數字很大。

時間并不是范圍從無窮小一直到無窮大的唯一的量。今天所能測量的最短距離約為10-17厘米，相當于一種被稱為Z0的粒子在其一生中所經過的距離。而理論家有時會遇到更小的空間概念。例如，當他們談及超弦理論——一種非常時髦卻非常抽象的假想粒子理論時，他們會說一個超弦的大小是10-35厘米，真的非常非常小。在另一個極端，最大的距離是可觀測宇宙的半徑，大約為1028厘米。

兩個粒子和終極T恤的故事

我在10歲的時候由于出麻疹而臥床不起，為了給我鼓氣，爸爸給我買了一本大字版的《相對論的故事》，是由愛因斯坦和英菲爾德（Leopold Infeld）合作撰寫的。我永遠也忘不了愛因斯坦和英菲爾德寫的這本書的開頭。書里講的是偵探故事，每一個故事中都包括一個謎案、幾條線索和一個偵探。偵探通過線索來解決這一謎案。

在本書接下來的故事里主要有兩個謎案需要去解決。這兩個謎案都是有關粒子的。第一個就是人們苦苦追尋的由德謨克利特最早提出的不可見也不可分的物質粒子——“原子”。“原子”位于整個粒子物理學討論的基礎問題的核心。

我們已經為解決這個謎案奮斗了2500年，也有了數千條線索，每一條都是經過千辛萬苦才得來的。在本書的前幾章中，我們將會看到前輩們是如何將這一難題理順的。你會吃驚地發現，有許多“現代”的思想早在16世紀和17世紀，甚至在基督教產生之前的幾個世紀就已經出現了。最后，我們會回到現在，來追尋第二個，也許是更大的一個謎案，其主角是我認為在指揮著宇宙交響曲的粒子。在這本書中你可以看到兩位不同時代的科學家之間存在的天然血緣關系。其中一位是16世紀的數學家，他從比薩斜塔上將兩個重物拋了下來；另一位是當代的粒子物理學家，他坐在寒風掃過的伊利諾伊平原上的一間臨時營房里，凍僵了手指，還在檢查從埋在封凍的地下、價值5億美元的加速器里流出來的數據。他們問了相同的問題：什么是物質的基本結構，宇宙是怎樣運行的？

我是在布朗克斯長大的，那時我經常一連幾個小時地看我哥哥擺弄化學藥品。他是一個神童。我情愿做所有的家務活，以便他允許我看他做實驗。現在他在做一些新奇商品的買賣，出售的東西包括發聲軟墊、升降機牌照或者印有流行字眼的T恤等。這些T恤能夠讓人們用一句長度不超過胸寬的話總結出他們的世界觀。科學家的目標也不過如此。我的目標就是活到能看到所有的物理學定律都被還原為一個簡潔優美的公式，可以非常輕松地印到一件T恤的胸前。

在尋找這樣一件終極T恤的過程中，人們經過幾個世紀的努力，已經取得了重大進展。例如，牛頓發現了引力——一種可以解釋好多看起來毫不相關的現象的力，如潮汐、蘋果下落、行星軌道和星系的形成等。牛頓的T恤上寫著F＝ma。再往后，法拉第和麥克斯韋揭開了電磁波譜的秘密。他們發現，電、磁、陽光、無線電波和X射線都是同一種力的表現。任何一間不錯的校園書店都會賣給你印有麥克斯韋方程組的T恤。

今天，經過研究多種粒子，我們建立了標準模型，可以把現實中的一切歸結為大約12種粒子和4種力。這個標準模型代表了自比薩斜塔實驗以來從所有的加速器中得出的所有數據。它把被稱為夸克和輕子的粒子——每類6種——歸結到一個優美的表格型陣列中。整個標準模型也可以印在T恤上，雖然這有些繁雜。這種簡潔的模型是經過許多在同一條道路上行進的物理學家的努力才得到的。然而，標準模型T恤并不可信。12種粒子和4種力，確實非常精確，可是還不完備，實際上，連其內部也還有相互矛盾的情況。為了在T恤上對這些不完備的地方進行簡潔的解釋，我們需要一個超大號的T恤，不過上面的空間還是不夠。

那么，究竟是什么，或者到底是誰在阻礙我們找到那件完美的T恤呢？這就要回到我們的第二宗謎案。在完成那件由古希臘人肇始的任務之前，我們必須考慮到這種可能性，也就是我們苦苦追尋的東西是基于一些迷惑我們的錯誤線索。所以，實驗家必須像勒卡雷小說中的偵探一樣，設置一個陷阱。他必須迫使犯罪分子自己暴露行蹤。

神秘的希格斯先生

粒子物理學家當前確實設置了這樣一個陷阱。我們正在建設一個周長為54英里的管道，里面裝著超導超級對撞機的雙束射管，希望借此抓住那個大壞蛋。

這是多么可惡的一個大壞蛋呀！可以說是有史以來最大的一個壞蛋！我們相信，宇宙中有一個無所不在的幽靈一樣的大壞蛋，正在阻止我們理解物質的真正本質。就好像有某種東西或某個人，想阻止我們獲得終極的知識。

這個看不見的、阻止我們了解真相的障礙叫希格斯場。它那陰冷的觸角伸向宇宙的各個角落，而它的科學和哲學意義讓物理學家起了一身雞皮疙瘩。希格斯場通過一種粒子（還有其他的嗎？）來施展它的邪惡魔力。這種粒子的名字就叫希格斯玻色子。尋找希格斯玻色子就是建造超級對撞機的主要原因之一。我們認為，只有超導超級對撞機才擁有這樣的能量來產生和檢測希格斯玻色子。由于這種玻色子對于今天的物理學如此重要，對于我們最終理解物質的結構是如此必不可少，但又如此令人難以捉摸，因此我給它取了一個綽號：上帝粒子。為什么叫它上帝粒子呢？這有兩個原因：一是出版商不允許我們叫它“該死的粒子”，盡管考慮到它那“惡毒”的本性，再加上花在它身上的巨額資金，我認為這個名字可能更加合適；二是這個名稱和另一本書有著各種各樣的聯系，一本更為古老的書……

巴別塔和加速器

那時，天下人的口音、言語都是一樣。他們往東邊遷移的時候，在示拿地遇見一片平原，就住在那里。他們彼此商量說：來吧！我們要做磚，把磚燒透了。他們就拿磚當石頭，又拿石漆當灰泥。他們說：來吧！我們要建造一座城和一座塔，塔頂通天，為要傳揚我們的名，免得我們分散在全地上。耶和華降臨，要看看世人所建造的城和塔。耶和華說：看哪，他們成為一樣的人民，都是一樣的言語，如今既做起這事來，以后他們所要做的事就沒有不成就的了。我們下去，在那里變亂他們的口音，使他們的言語彼此不通。于是耶和華使他們從那里分散在全地上；他們就停工，不造那城了。因為耶和華在那里變亂天下人的言語，使眾人分散在全地上，所以那城名叫“巴別”（就是“變亂”的意思）。

——《創世記》11:1—9

在許多許多萬年前的某一時刻，也就是上面那幾段話存在以前很久，自然界中只有一種語言。各處的物質都完全相同——存在于一個美妙炙熱的對稱體中。但是，在經過數不清的年代以后，這些物質又以不同的存在形式散播到宇宙的各個地方，使得我們這些生活在繞著一顆普通恒星旋轉的普通行星上的人類迷惑不解。

在某些時期，人類為理性地理解世界所進行的探尋過程進展得非常迅速，許多重大突破紛紛涌現，科學家們也充滿了樂觀情緒。但是在有些時期，巨大的困惑又困擾著人們。不過，通常來說，最為混亂的時期，也就是出現智力危機和完全不可理解的現象的時期，本身就是重大突破出現的先兆。

在過去的幾十年里，粒子物理學一直處于一個與巴別塔故事非常相像的求知欲非常旺盛的時期。粒子物理學家一直在使用巨大的加速器來分析宇宙的組成及其演化過程。這些探尋在最近一些年又得到了天文學家和天體物理學家的幫助，他們使用巨大的天文望遠鏡搜尋天空，去尋找大爆炸后殘余的光線和塵埃。他們認為這場大爆炸就發生在150億年前。

粒子物理學家和天文學家都在朝著一個方向邁進，即構建一種簡單、緊湊、可以解釋一切現象的無所不包的模型，比如解釋在各種環境下物質和能量的結構以及各種力的作用形式，既包括宇宙形成最初一刻有著極高溫度和壓力的極端環境，也包括我們今天所知道的相對比較寒冷空曠的宇宙。當我們偶然發現宇宙中存在一種令人困惑的似乎具有對抗性的力時，我們在非常謹慎地前進著，也許是太過謹慎了。有些東西看起來是從我們這個充滿行星、恒星和星系的空間中突然出現的。有一些東西我們還無法檢測得到，有人可能會說，這些東西就是為了考驗和迷惑我們的。是我們離終點太近了嗎？真的有通往那個什么地方的向導嗎？

關鍵是物理學家是否會被這些困惑所打亂，還是與不幸的古巴比倫人相反，繼續建造那個通天的高塔，就像愛因斯坦所說的，“了解上帝的思想”。

那時，宇宙人的口音、言語是多種多樣的。

他們往東邊遷移的時候，在沃克西哈奇地遇見一片平原，就住在那里。他們彼此商量說：來吧！我們要建造一座巨型對撞機，其碰撞可以通往時間的起點。于是他們就拿超導磁體當彎軌，又拿質子當碰撞物。

耶和華降臨，要看看世人所建造的加速器。耶和華說：看哪，他們正在把我變亂的東西變得統一。耶和華嘆息著說：我們下去，給他們上帝粒子，使他們看到我所創造的宇宙是多么美麗。

——《最新新約全書》11:1[5]