第1章
宇宙是由什么構(gòu)成的

1.蘋(píng)果和行星遵循同樣的運(yùn)動(dòng)法則

生活在21世紀(jì)的各位讀者，聽(tīng)到“宇宙”這個(gè)詞時(shí)會(huì)想到什么呢？400多年前，伽利略將望遠(yuǎn)鏡對(duì)向星空，這讓人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)發(fā)生了巨大變化。

沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡時(shí)，人只能依靠肉眼觀察夜空中的繁星。過(guò)去的人在漆黑的夜空中描繪出神明或動(dòng)物形狀的星座，并認(rèn)為天界不同于地上世界，是“另外一個(gè)世界”，但那其實(shí)只是過(guò)去的人“想象中的世界”。

與過(guò)去那種“想象中的世界”相比，現(xiàn)代人對(duì)宇宙的印象已經(jīng)非常具體。得益于望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展，我們已經(jīng)可以看到非常真實(shí)的宇宙風(fēng)景了。

例如美國(guó)的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)它，我們可以看到圍繞地球旋轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星所拍攝的宇宙。從地上觀看到的星星之所以會(huì)閃爍，是因?yàn)榈厍虼髿鈱又械臍饬鲗?duì)光線(xiàn)產(chǎn)生擾動(dòng)，而哈勃空間望遠(yuǎn)鏡卻不會(huì)受這種影響，因此可以拍攝出十分清晰的照片。

這些照片想必有不少人在電視、報(bào)紙等媒體上看到過(guò)。現(xiàn)在的宇宙照片，不僅可以清晰呈現(xiàn)月球上的環(huán)形山和木星的條紋，還可以捕捉到更加遙遠(yuǎn)的恒星、星系的景象。

與日常的風(fēng)景相比，宇宙的景象顯得非常夢(mèng)幻，這或許與古人想象的宇宙有所相合。不過(guò)，從宇宙中拍攝的地球也同樣夢(mèng)幻，但它與其他夢(mèng)幻的宇宙景象一樣，都是真實(shí)存在的。這與古人對(duì)天界的想象不同，宇宙對(duì)我們而言絕不是“另外一個(gè)世界”。不管是地球，還是與我們相距數(shù)萬(wàn)光年的恒星，它們都存在于“宇宙”這一個(gè)世界中。現(xiàn)代人對(duì)宇宙的印象大致如此。

本書(shū)對(duì)基本粒子和宇宙研究的介紹，大致分為兩個(gè)主題。

第一個(gè)主題是，物質(zhì)是由什么構(gòu)成的。

第二個(gè)主題是，支配物質(zhì)的基本法則是什么。

如果宇宙與地上世界不是同一個(gè)世界，那么我們就必須在不同的世界中去思考這兩大主題。這是因?yàn)椋绻钪媾c地上世界不是同一個(gè)世界，那么構(gòu)成遠(yuǎn)方的星星的物質(zhì)便與地上世界的物質(zhì)不同，物質(zhì)所遵循的基本法則也會(huì)存在差異。

但是，我們知道“天上”和“地上”是同一個(gè)世界。遙遠(yuǎn)的星星和我們的地球（蘋(píng)果、高樓大廈、我們自身）都是由相同的物質(zhì)構(gòu)成的。正因如此，尋找物質(zhì)本原的基本粒子研究與宇宙研究連接在了一起，就像“銜尾蛇”那樣。

如果宇宙中的物質(zhì)與地球上的物質(zhì)相同，那么支配這些物質(zhì)的物理法則也是一樣的。“天上”與“地上”便沒(méi)有任何差別了。

最初證明這一事實(shí)的人是艾薩克·牛頓，他提出了著名的“萬(wàn)有引力定律”。至此，人類(lèi)才意識(shí)到，在地上世界從枝頭掉落的蘋(píng)果，與在天上世界運(yùn)動(dòng)的行星，遵循著完全相同的運(yùn)動(dòng)法則。

對(duì)于認(rèn)為宇宙是“另外一個(gè)世界”的古人而言，這恐怕是難以接受的事實(shí)，甚至一些現(xiàn)代人也會(huì)覺(jué)得這很荒唐。確實(shí)，在直觀感覺(jué)上，蘋(píng)果落下與地球圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)似乎是不同之事。

不過(guò)，地球之所以能以30千米每秒的驚人速度圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)而不飛離太陽(yáng)系，是因?yàn)樗芴?yáng)的引力牽引，“落”了下來(lái)。這與蘋(píng)果受地球引力牽引而落下的情形完全相同。

順便一提，牛頓闡釋萬(wàn)有引力定律的著作名為《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。這正如伽利略所言——“宇宙是由數(shù)學(xué)語(yǔ)言寫(xiě)成的”。這樣看來(lái)，數(shù)學(xué)與物理的聯(lián)合也早已存在。