智慧的兩條路徑

如何收集關于時空誕生的實驗信息？科學家如何研究嬰兒期宇宙的初啼？這里，有兩條知識路徑開始發揮作用，它們彼此完全獨立，截然不同。

一邊是粒子物理學，它探索無限小的事物，出發點是我們周圍的物質，就是形成巖石和行星、花朵和恒星的那些，以及除此之外的一切，包括我們自己。這些物質有很特別的性質，雖然在我們看來普通，但實際上非常獨特，這與宇宙是一個很古老而今又很寒冷的結構有關。最新數據告訴我們，“我們的家”建于近140億年前，它如今已是一個真正冰冷的環境，我會說冷到不可能。對我們來說，待在地球上與宇宙隔絕，一切似乎都溫暖舒適。可是一旦離開大氣層這個保護殼，溫度計示數就會陡降。如果我們測量分隔恒星的廣闊虛空中或星系際空間中任一點的溫度，溫度計的示數僅會比絕對零度高幾度，即零下270攝氏度。當前宇宙中的物質非常稀薄、古老、寒冷，其行為方式與嬰兒宇宙中的物質大為不同——嬰兒宇宙可是個熾熱而密度驚人的物體。

要了解宇宙的初生時刻中都發生了什么，需要巧妙地找到一種方法，將當前物質的微小碎片帶回那些原始條件中的極高溫度之下。某種意義上，我們必須嘗試回到過去。

這正是粒子加速器中發生的事。我們使高能質子或電子碰撞，這正是利用了愛因斯坦方程：能量等于質量乘以光速的平方。碰撞的能量越高，所能獲得的局部溫度就越高，能生成以供研究的粒子質量也越大。要達到最大能量，需要巨型設備，例如歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機（LHC），就在日內瓦附近的地下延伸27千米。

在這里，將空間的微小部分加熱到與早期宇宙相似的溫度，就能“復活”一些已經“滅絕”的粒子：超大質量粒子，它們存在于最初時刻的熾熱宇宙中，而今已經消失了很久。多虧了加速器，讓它們結束了長眠，重新走出冰冷的石棺，得以被我們細細研究。我們就是這樣發現希格斯玻色子的：它們在沉睡了138億年后，被我們復活了一小部分。被苦苦追尋的玻色子雖然立即分解成了更輕的粒子，但它們在我們的探測器中留下了特征痕跡。這些特殊衰變的圖像已經積累起來。在確定信號已經和背景很好地區分、其他可能的錯誤原因也得到了控制后，我們向全世界宣布了這一發現。

探索“無限小”，重建滅絕的粒子，研究早期宇宙中物質的奇異狀態，就是了解時空初生時刻的兩條路徑之一。另一條路則是超級望遠鏡，一種探索“無限大”的大型儀器，它研究恒星、星系和星系團，甚至試圖觀察整個宇宙。這里，我們也利用了愛因斯坦方程，它將光速固定為c，即每秒約30萬千米。這個速度非常高，但并非無限高。因此，當我們觀察一個非常遙遠的物體時，距離我們數十億光年的星系在我們眼中并不是它們現在的樣子（“現在”也很難定義），而是數十億年前的樣子，就是它們發出那道今日才到我們這里的光的時候。

用超級望遠鏡觀察很大很遠的物體，就可以直接觀察到宇宙形成過程的所有主要階段，并收集到關于我們歷史的寶貴數據。通過這種方法，即觀察在巨大氣體星云中心綻放的成千上萬顆新星體發出的第一批微弱信號，我們了解了恒星是如何誕生的：我們注意到，圍繞某個新天體運行的物質環中，氣體和塵埃在增厚，這明確標志著“原行星系統”正在形成。我們的太陽就是如此誕生的，圍繞它的行星也是如此形成的——能夠直接看到這個過程，真是太棒了。

再進一步，我們還能目睹第一個星系的形成，這些騷動不安的物體有時會發出各種波長的大量輻射，這是其“創傷性”出生的明確跡象。通過超級望遠鏡，我們終于可以觀察到宇宙的奇觀，并以驚人的精度測量它的一些特性。宇宙溫度的局部分布是一種令人難以置信的記憶，其中包含著宇宙初生之時所發生之事的鮮活痕跡：微小的溫度波動，就可以用一種我們假以時日就能解讀的“語言”，講述我們最遙遠的歷史。

而最令人驚奇的是，這兩條知識路徑，基于大不相同且彼此幾近陌生的方法，由兩個完全獨立的共同體推進，卻彼此完全契合：基本粒子的無窮小距離的世界，和巨大的宇宙距離的世界，從兩者中收集的數據，無可阻擋地朝著同一個起源故事匯聚。