- 宇宙是什么:探索宇宙的起源、結構與深層奧秘
- (日)村山齊
- 1287字
- 2024-09-18 17:27:33
推薦序
中國科學院高能物理研究所研究員/曹俊
幾千年來,“宇宙的本原”一直是哲學家們思考的主題。屈原的《天問》開篇即是:“遂古之初,誰傳道之?上下未形,何由考之?”在他看來,宇宙之初,天地尚未成形,無人親眼看見,那人類又怎能把自然運行之道流傳下來?又能用什么方法來考證呢?然而,古人所想象不到的是,現代科學正開始以確鑿的證據解開這些謎題。最近三十年來,通過三代衛星實驗對宇宙微波背景輻射的觀測,科學家們精確地考證出,宇宙誕生于138億年前的一次大爆炸,膨脹至今,可觀測宇宙的大小已達400多億光年。誕生之初,宇宙充滿熾熱的高能粒子,它們產生、湮滅、演化,遵循的規律可以在實驗室的高能加速器中重現出來。最大的宇宙與最小的粒子在這里神奇地聯系到了一起。人們終于從哲學的思考中找到了科學的路徑來了解宇宙起源。
然而,現代科學只能說剛“開始”解開這些謎題。每當我們有所發現,新的謎題總會如影隨形,留下更多“天問”。宇宙中充滿未知的“暗物質”,是所有看得見的星系總和的5倍,然而粒子物理的“元素周期表”中卻沒有它們的位置。1998年,通過觀測遙遠的超新星爆炸,我們得知宇宙不僅在膨脹,而且并未在引力牽引下減速,反而在加速膨脹。使宇宙加速的神秘力量,我們稱之為“暗能量”。整個宇宙處于一種非同尋常的均勻狀態,科學家們普遍相信它曾經歷了一次非同尋常的“暴脹”,但還未找到直接證據。2012年,人們終于發現了半個世紀之前預言的希格斯玻色子,它賦予所有物質以質量,被稱為“上帝粒子”。推動早期宇宙暴脹的力量很可能也來自希格斯玻色子,然而這個希格斯玻色子又與我們發現的似乎并不太一樣。宇宙誕生之初,無盡的能量轉化為物質,粒子成對產生、成對湮滅,正反物質應該一樣多,但今天的宇宙卻由物質主宰,找不到反物質的蹤影。同樣在1998年發現的“中微子振蕩”現象,也許能解釋為什么反物質在138億年前消失,為地球和人類的誕生創造了穩定的條件。
本書的作者村山齊教授在粒子物理和宇宙學上都有極為透徹的理解,不僅是著名的理論物理學家,而且是一位深受歡迎的科普大師,善于把最深奧的東西用最淺顯的語言講明白。無論是學術報告還是科普報告,他的演講總是能從頭到尾抓住聽眾。本書也是如此,從宇宙的起源,到物質最基本的構成,以及主宰萬物的四種力,最后回到宇宙之謎,拋開復雜的數學和枯燥的論證,娓娓道來,引人入勝,只要具備中學的基礎就能看懂。
在書中,村山教授對日本科學家在探索這些科學奧秘中的貢獻有所側重,固然有喚起日本讀者共鳴的意圖,但平心而論,這一連串閃光的名字也的確讓人心存羨慕,值得我們認真學習,奮起直追。粒子宇宙學是一個蓬勃發展的科學領域,許多新的科學發現正在重塑我們的觀念,許多重大科學問題也許會在未來數十年內一一得到解答。解開這些“天問”的未來科學家,也許正在這本書的讀者中。
對不打算從事科學研究的讀者,這些關于宇宙和物質本原的前沿科學知識,也是必備的精神財富。正如作者回答“研究這些有什么用”時所說的,“為了讓日本變得富足”。不僅是經濟上,也包含內心、精神和文化的富足。就像文學和藝術修養一樣,科學上的修養,也必然會深刻影響一個人的內心世界。
曹俊