在科學(xué)界最激動(dòng)人心的短語，預(yù)示著最多發(fā)現(xiàn)的短語，不是“我發(fā)現(xiàn)了”，而是“真有趣”。
——艾薩克·阿西莫夫，《歸因》
可憐那些生活在有軌電車和馬車時(shí)代的科學(xué)家，他們希望發(fā)現(xiàn)我們體內(nèi)最基本的粒子，現(xiàn)在我們知道它們是從大爆炸中產(chǎn)生的。你要如何找到用肉眼甚至最強(qiáng)大的顯微鏡都無法看見的東西？這是一個(gè)長(zhǎng)期困擾物理學(xué)家的難題。早在勒梅特和愛因斯坦鉆研宇宙起源之前，就有人在探尋組成宇宙的最微小物質(zhì)。然而，這項(xiàng)事業(yè)一直被疑云籠罩。他們真的有可能找到嗎？古希臘人推測(cè)，萬物甚至人類，都是由不可分割的微小單位組成的，他們稱之為“atomos”，意為“微小且不可分割”。到了19世紀(jì)和20世紀(jì)之交，許多化學(xué)家同意了這種說法，并稱之為原子。但許多物理學(xué)家對(duì)此持懷疑態(tài)度。[1]頗具影響力的物理學(xué)家恩斯特·馬赫稱：“究其本質(zhì)……原子和分子永遠(yuǎn)無法成為感官直面的對(duì)象?！盵2]化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)表明，原子在理論上存在，但從未有實(shí)驗(yàn)直接揭示過。當(dāng)時(shí)沒有科學(xué)家見過、觸及過或測(cè)量過原子。
后來，兩個(gè)不尋常的發(fā)現(xiàn)使懷疑者成了信仰者。1897年，在英國(guó)物理學(xué)的中心——?jiǎng)虼髮W(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，精明強(qiáng)干的J.J.湯姆孫正在研究一種令人費(fèi)解的現(xiàn)象。兩個(gè)電極在玻璃真空管中通電時(shí)產(chǎn)生了神秘的陰極射線，它的本質(zhì)是什么？出于好奇，他將射線暴露在磁場(chǎng)中，想看看會(huì)發(fā)生什么。他驚愕地發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)使射線的路徑發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。他出人意料地發(fā)現(xiàn)了看不見的帶負(fù)電的粒子，我們現(xiàn)在知道它們是原子的一部分。1911年，喬治五世加冕為英國(guó)國(guó)王，海勒姆·賓厄姆探索了馬丘比丘，湯姆孫已畢業(yè)的杰出學(xué)生歐內(nèi)斯特·盧瑟福也有同樣重大的發(fā)現(xiàn)。他朝一片薄薄的金箔發(fā)射了帶正電的放射性粒子，大多數(shù)粒子如預(yù)期那樣穿過金箔，但也有一些反彈了回來。他瞠目結(jié)舌。“這簡(jiǎn)直令人難以置信，”他回憶道，“就好像你向一張薄紙發(fā)射了一枚15英寸[3]的炮彈，結(jié)果它反彈了回來?！边@些粒子一定被金箔中密集的正電荷排斥了。他發(fā)現(xiàn)原子也含有帶正電的原子核。
隨著時(shí)間的推移，大家認(rèn)可了盧瑟福的這一偉大結(jié)論：我們知道了我們最基本粒子的性質(zhì)。宇宙中的一切都由原子構(gòu)成。但希臘人錯(cuò)在認(rèn)為這些粒子就是最小的。原子的中心是原子核，原子核的直徑大約是原子直徑的萬分之一，原子核含有密集的帶正電的粒子，后者被稱為質(zhì)子。湯姆孫發(fā)現(xiàn)的帶負(fù)電的電子繞原子核在軌道上旋轉(zhuǎn)，就像行星繞太陽旋轉(zhuǎn)一樣。[4]另外，原子的質(zhì)量使盧瑟福懷疑原子核中還包含另一種物質(zhì)：如今我們稱為中子的不帶電粒子。
沒錯(cuò)，就是這樣。沒人有理由認(rèn)為還會(huì)有更小的粒子存在。請(qǐng)注意，即使有人這么想，也沒辦法找到它們。當(dāng)然，最強(qiáng)大的顯微鏡也無濟(jì)于事。科學(xué)家用顯微鏡看見原子的概率和用肉眼看見冥王星的概率一樣大。一個(gè)針頭能裝下數(shù)萬億個(gè)氫原子，而質(zhì)子的直徑是原子直徑的十萬分之一。[5]即便存在更小的粒子，我們似乎也永遠(yuǎn)不可能找到。
提醒一句：我們即將踏上一段旅程，深入探索我們周圍一些最奇怪的現(xiàn)象。在找到最基本的粒子之前，物理學(xué)家會(huì)先發(fā)掘一個(gè)陳列室，里面擺滿了一系列令人費(fèi)解的亞原子粒子。但這條道路將崎嶇而曲折，因?yàn)榭茖W(xué)家最偉大的發(fā)現(xiàn)往往是在探尋截然不同的目標(biāo)時(shí)取得的。
第一條意外線索將從澄澈的藍(lán)天外出現(xiàn)。
1910年春，德國(guó)物理學(xué)家、耶穌會(huì)神父西奧多·武爾夫拿著一個(gè)面包盒大小的裝置，從埃菲爾鐵塔塔頂?shù)碾娞堇镒叱鰜?，他希望這個(gè)裝置能解開一個(gè)令人挫敗的謎團(tuán)。煩人的電荷像忠誠的狗一樣處處跟著世界各地的科學(xué)家。研究人員已經(jīng)成功將驗(yàn)電器（檢測(cè)電荷的設(shè)備）造得極其靈敏，以至于儀器現(xiàn)在把他們逼得發(fā)瘋。他們的驗(yàn)電器即使在完全絕緣的狀態(tài)下也能檢測(cè)到電荷?？茖W(xué)家把它們放在厚金屬盒子里，隔離在水箱里，這些煩人的電荷仍然拒絕消失。[6]于是武爾夫設(shè)計(jì)了一種超級(jí)堅(jiān)固的便攜式驗(yàn)電器，而后出發(fā)，決心查明電荷的來源。
他最合情合理的猜想是放射性現(xiàn)象。就在10多年前，法國(guó)國(guó)家自然歷史博物館館長(zhǎng)亨利·貝可勒爾碰巧把鈾鹽放在書桌抽屜里的照相底板上。幾天后，他震驚地發(fā)現(xiàn)這些鹽在底板上產(chǎn)生了圖像。他還發(fā)現(xiàn)一些巖石有放射性，比如鈾，也就是說，它們會(huì)釋放帶電粒子，以及波長(zhǎng)短于可見光的不可見電磁脈沖。因此，在武爾夫看來，空氣中持續(xù)存在的電荷肯定是由地底深處的放射性巖石產(chǎn)生的。它們發(fā)出的輻射必然撞擊了大氣中的分子，釋放電子，從而產(chǎn)生帶電粒子。武爾夫帶著他的驗(yàn)電器，降到洞穴深處去證明這一點(diǎn)。[7]他以為讀數(shù)會(huì)隨著他接近放射源頭而升高。但它們沒有。于是，他把驗(yàn)電器綁在背上，乘電梯登上當(dāng)時(shí)世界最高的人造建筑——埃菲爾鐵塔的頂端，指望電荷會(huì)消失。但它們沒有——至少消失得不夠多。留下的電荷還是太多。謎團(tuán)更神秘了。
武爾夫的實(shí)驗(yàn)鼓舞了一位大膽的奧地利物理學(xué)家，28歲的維克托·赫斯接手了這項(xiàng)挑戰(zhàn)。赫斯認(rèn)為，想知道這些麻煩的電荷是否來自地底，唯一的辦法就是把驗(yàn)電器帶到更高的地方。在1911年，實(shí)現(xiàn)它的唯一方法就是冒險(xiǎn)進(jìn)行高空飛行——乘坐熱氣球。
在當(dāng)?shù)匾患液娇站銟凡康膸椭?，赫斯在維也納附近進(jìn)行了6次飛行，高度達(dá)到了6000英尺。[8]他的實(shí)驗(yàn)沒有定論（不過一次日食期間的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這些電荷并非來自太陽），這令人泄氣。但他不會(huì)讓小危險(xiǎn)妨礙一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)，于是決心飛得更高。他說服奧地利一個(gè)小鎮(zhèn)上的德國(guó)氣球愛好者協(xié)會(huì)自愿獻(xiàn)出其飛行編隊(duì)的驕傲：一個(gè)橙黑相間、12層樓高且技術(shù)最先進(jìn)的美麗熱氣球，名為波希米亞。[9]
1912年8月7日的黎明時(shí)分，在一大片綠地上，航空俱樂部用馬車?yán)瓉砹藲夤?，為巨大的波希米亞充氣。早?點(diǎn)12分，赫斯擠進(jìn)一個(gè)小柳條籃里，身邊還有一名駕駛員、一名氣象觀測(cè)員、一個(gè)小工作臺(tái)、三臺(tái)驗(yàn)電器、隨身行李，以及最重要的三個(gè)大氧氣瓶。[10]
空間很緊湊，但赫斯很清楚自己需要這些必要物資。在我們每一次呼吸吸入的氧氣里，大腦要消耗其中的四分之一。如果氧氣攝入不夠，就會(huì)有麻煩。這個(gè)事實(shí)在30多年前就得到有力的證明，當(dāng)時(shí)，有三名法國(guó)熱氣球駕駛員搭乘一只名為天頂?shù)臒釟馇?，試圖打破飛行高度紀(jì)錄。他們隨身攜帶了氧氣，這很明智；但他們沒有吸入足夠的氧氣，這很愚蠢。其中一人回憶，在超過20000英尺后，“內(nèi)心的喜悅就像周圍天光的映照。人變得很無所謂”[11]。他感到“呆若木雞”，他的舌頭麻痹了。然后他昏厥了。下降時(shí)，他蘇醒過來，卻發(fā)現(xiàn)同伴們都耷拉著身體。缺氧迅速結(jié)束了他們的生命，他成了唯一的幸存者。他們可怕的死亡記錄使熱氣球駕駛員將高空飛行推后了20年，而赫斯計(jì)劃爬升到幾乎同樣的高度，不過他打算活下去。
早上7點(diǎn)，他開始上升，帶他升空的是氫氣（正是這種爆炸性氣體后來毀滅了德國(guó)齊柏林飛艇“興登堡號(hào)”）。他們升到了萬里無云的晴空。一個(gè)半小時(shí)后，他們發(fā)現(xiàn)自己飄過德國(guó)邊境。在13000英尺的高空，他們?cè)庥隽藭r(shí)速30英里[12]的狂風(fēng)。赫斯裹緊大衣，不顧刺骨的嚴(yán)寒，勇敢地繼續(xù)測(cè)量。到了9點(diǎn)15分，他累了。他理智地決定是時(shí)候吸點(diǎn)氧氣了。一個(gè)小時(shí)后，他們又上升了3英里，在令人眩暈的17400英尺高空，他如此虛弱，擔(dān)心自己會(huì)暈倒，于是決定該停止工作了。他命令機(jī)長(zhǎng)釋放熱氣球中的一些氫氣。到了13000英尺的高度，他開始恢復(fù)知覺。
再次踏上草場(chǎng)堅(jiān)實(shí)的地面，赫斯興高采烈。升到最高處時(shí)，他測(cè)量到的電荷是地面上的兩倍。這只可能有一種解釋——他升得越高，就越接近電荷的源頭。他確信自己的發(fā)現(xiàn)：一股來自外太空的電荷在持續(xù)轟擊地球。
其他物理學(xué)家難以接受這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。比如說，難道赫斯的儀器不更有可能受到極低溫度的影響？[13]美國(guó)物理學(xué)家羅伯特·密立根就極其激烈地反對(duì)它，然而到了1925年，他自己的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了赫斯的測(cè)量結(jié)果。[14]它們很快被稱為密立根射線，但遭到了赫斯的強(qiáng)烈反對(duì)，于是另一個(gè)源自密立根的名稱被迫保留——宇宙射線。[15]
這令人遺憾，因?yàn)樗鼈兒兔芰⒏O(shè)想的不同，并不是一種像光、放射性射線或X射線那樣有獨(dú)特波長(zhǎng)的電磁輻射。相反，宇宙射線是帶電粒子和光子流，持續(xù)不斷地落在我們身上。
當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家還不知道，這些看不見的傾盆大雨中含有更小粒子的提示。只有等他們發(fā)明出新工具來“看見”小得不可思議的東西后，才能找到它們。
事實(shí)上，早在幾年前，J.J.湯姆孫手下的一位研究人員就發(fā)明了一種這樣的工具，但這位癡迷云的年輕人發(fā)明它的目的與上述目標(biāo)大相徑庭。查爾斯·湯姆孫·里斯·威爾遜是一位蘇格蘭牧羊人的兒子，他身材高大，性格文靜，說話溫和。1895年，這位年輕人剛從劍橋大學(xué)獲得物理學(xué)學(xué)位，便自愿到一個(gè)簡(jiǎn)陋的氣象觀測(cè)站工作數(shù)周。它位于蘇格蘭最高峰本內(nèi)維斯山。他睡覺的小石屋經(jīng)常被大霧浸透，或被雷雨折磨。但在清晨，他偶爾會(huì)看見絢麗的景象。在腳下的云海上，他看到了那樣壯美的彩虹光暈，便決定在實(shí)驗(yàn)室里制造人造云來研究。
可能是因?yàn)橛忻黠@的口吃，威爾遜耐心非凡，一回到劍橋大學(xué)，他就自學(xué)了精妙絕倫的玻璃吹制技術(shù)。經(jīng)歷了無數(shù)次破損后，他建造了一個(gè)精巧的玻璃腔室，它有一個(gè)可以改變內(nèi)部壓力的活塞。經(jīng)過周密的實(shí)驗(yàn)，威爾遜興奮地發(fā)現(xiàn)，如果他在腔室里充滿潮濕的空氣，然后利用活塞迅速擴(kuò)大其體積，水蒸氣就會(huì)凝結(jié)在空氣中的塵粒上。他制造出了人造云。
接著，德國(guó)的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)使他的研究轉(zhuǎn)向一個(gè)完全不同的方向——一項(xiàng)使他那不起眼的臺(tái)上器具變成一種工具的發(fā)現(xiàn)，連歐內(nèi)斯特·盧瑟福都稱贊這種工具為“科學(xué)史上最獨(dú)創(chuàng)且奇妙之儀器”[16]。
在300英里外的維爾茨堡大學(xué)，物理學(xué)家威廉·倫琴和J.J.湯姆孫一樣，正在研究陰極射線管產(chǎn)生的射線。他用黑色紙板仔細(xì)蓋住玻璃管，以防光線漏出，但他碰巧瞥見附近一面涂有磷光漆的屏幕，吃驚地發(fā)現(xiàn)它在發(fā)光，就像被看不見的光線照亮了一般。他震驚不已。
他擔(dān)心別人會(huì)認(rèn)為他瘋了，便沒有告訴任何人，而是開始晝夜不停地調(diào)查。[17]他讓他信任的妻子把手放在玻璃管和照相底板之間，上面顯現(xiàn)了她的指骨和結(jié)婚戒指的幽靈般影像。她看著影像說：“我看到了我的死亡。”倫琴發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陰極射線管內(nèi)的陰極射線擊中管子末端時(shí)，會(huì)發(fā)射出完全不同的東西。[18]他與X射線不期而遇，它是波長(zhǎng)比可見光短得多的電磁波，只能被重元素吸收，比如我們骨骼中的鈣。
回到劍橋大學(xué)的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，這里的物理學(xué)家對(duì)報(bào)紙上透視射線相關(guān)的報(bào)道持懷疑態(tài)度，直到他們看到了照片。在談到此時(shí)扎堆研究它們的物理學(xué)家時(shí)，改變了想法的盧瑟福寫道：“歐洲幾乎每一位教授都在摩拳擦掌。”[19]很快，美國(guó)的托馬斯·愛迪生動(dòng)起了X射線的腦筋，開始研制X射線燈泡。（數(shù)年后，他的助手被X射線灼傷，死于癌癥，他放棄了這些嘗試。）
查爾斯·威爾遜懷著滿腔熱情加入了研究行列。憑著直覺，他向J.J.湯姆孫借了一根簡(jiǎn)易的陰極管，朝充滿潮濕空氣的云室發(fā)射了X射線。他吃驚地看到X射線在腔室里制造了濃霧。[20]它們從空氣分子中電離電子，產(chǎn)生了被稱為離子的帶電分子，水蒸氣凝結(jié)在上面，形成了霧滴。威爾遜欣喜若狂。[21]他的云室揭示了不可見粒子的蹤跡：這些粒子個(gè)體如此之小，以至于沒有人想象它們能被探測(cè)到。當(dāng)他把放射性粒子引入他的云室時(shí)，“小縷云絮”如飛機(jī)后面的蒸汽尾跡一樣近乎神奇地出現(xiàn)又消失。[22]這近乎魔法。威爾遜煞費(fèi)苦心地改進(jìn)了云室，他發(fā)明的用來研究云的簡(jiǎn)單儀器很快成為世界廣泛使用的強(qiáng)大工具，用以研究電子、離子和放射性粒子。但是他的云室還未實(shí)現(xiàn)其最偉大的成就——探測(cè)比原子還小的未知粒子。
到了1932年，科學(xué)家已經(jīng)確定宇宙射線中含有電子，因此加州理工學(xué)院一位名叫卡爾·安德森的年輕研究員不情愿地建造了一個(gè)云室來研究它們。剛拿到博士學(xué)位的安德森想轉(zhuǎn)到另一所大學(xué)，但他的導(dǎo)師堅(jiān)持讓他先做這個(gè)項(xiàng)目，這位導(dǎo)師恰好是羅伯特·密立根，也就是證實(shí)赫斯發(fā)現(xiàn)的宇宙射線存在的密立根。[23]安德森從南方愛迪生公司的一個(gè)廢品場(chǎng)借來一些元件，制造了一個(gè)龐大的電磁鐵，它的電磁強(qiáng)度足以使從天空飛進(jìn)云室的任何電子的路徑偏轉(zhuǎn)。他的耐心有時(shí)會(huì)得到回報(bào)，他成功拍攝到了電子在強(qiáng)電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的軌跡。但令他困惑的是，他時(shí)不時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)一條規(guī)模相似、朝相反方向偏轉(zhuǎn)的軌跡曲線。
起初，安德森認(rèn)為這一定是由向上移動(dòng)的電子形成的。但密立根提醒他，宇宙射線來自太空，而不是地面，所以形成這些軌跡的一定是從太空降落的帶正電的質(zhì)子。[24]安德森并不信服。作為唯一已知的帶正電粒子，質(zhì)子要更大一些，所以它們的軌跡應(yīng)該比電子的軌跡寬，但這些軌跡并非如此。他們爭(zhēng)論起來。安德森改進(jìn)了他的實(shí)驗(yàn)。最后，在新證據(jù)的支持下，他大膽宣布他發(fā)現(xiàn)了一種新型的亞原子粒子。而且這種粒子非常古怪，除了帶的是正電荷外，它和電子完全一樣。
不管是盧瑟福、玻爾、薛定諤，還是奧本海默，這些著名的量子物理學(xué)權(quán)威沒有一個(gè)相信他。[25]每個(gè)人都知道原子只有三個(gè)基本組成部分：負(fù)電子、帶正電的質(zhì)子，以及剛剛發(fā)現(xiàn)的不帶電荷的中子。正電子不可能存在?？墒?，就在6個(gè)月前，物理學(xué)家保羅·狄拉克宣布，他與愛因斯坦的相對(duì)論角力數(shù)年之后，被迫做出了一個(gè)奇怪的預(yù)測(cè)。應(yīng)該有與電子質(zhì)量相同但電荷相反的粒子。就連狄拉克自己都懷疑自己的說法，然而安德森找到了。這種新的亞原子粒子是反電子——有史以來發(fā)現(xiàn)的第一種反物質(zhì)粒子。當(dāng)時(shí)，它被命名為正電子。
（如果你認(rèn)為反物質(zhì)聽起來與日常生活很遠(yuǎn)，那你可能有興趣知道，你和正電子的熟悉程度比你以為的更高。我們體內(nèi)有少量的天然放射性鉀以分子形式存在，它們具有發(fā)送神經(jīng)信號(hào)的功能。每天大約有0.001%的鉀原子衰變，釋放正電子。如果你體重為150磅[26]，你每天會(huì)產(chǎn)生近4000個(gè)正電子。[27]但它們不會(huì)逗留太久。每個(gè)正電子都會(huì)迅速遇見一個(gè)電子，在相互摧毀時(shí)，它們會(huì)留下一次小小的輻射爆發(fā)以證明自己。）
就在安德森無意間發(fā)現(xiàn)正電子的兩年后，他又捕獲了另一種粒子——μ子。[28]令人費(fèi)解的是，它的電荷與電子相同，卻比電子重200多倍。聽到這個(gè)消息時(shí)，物理學(xué)家伊西多·拉比問：“那是誰定的？”[29]
赫斯、威爾遜和安德森都因自己的發(fā)現(xiàn)而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些人們?cè)J(rèn)為不可能存在的東西：新型亞原子粒子。事實(shí)突然變得很明確，原子不僅僅包含電子、質(zhì)子和中子。我們?cè)僖膊荒艽_定我們體內(nèi)的原子最終由什么構(gòu)成。
但是物理學(xué)家仍如盲人摸象。為了找到原子的最小成分，他們?nèi)匀恍枰獎(jiǎng)?chuàng)造性的新工具。幸運(yùn)的是，又一項(xiàng)至關(guān)重要的發(fā)現(xiàn)很快就會(huì)出現(xiàn)，這要?dú)w功于瑪麗埃塔·布勞。她是一位五英尺高、性格內(nèi)向的奧地利研究員，而她的貢獻(xiàn)將被長(zhǎng)久遺忘。和威爾遜一樣，她開創(chuàng)了一種方法，可以“看見”顯微鏡無法顯示的微小物體。
20世紀(jì)第二個(gè)十年，布勞就讀于女子公學(xué)預(yù)備學(xué)校，由此對(duì)物理產(chǎn)生了興趣。她的興趣在維也納大學(xué)變得更加濃厚，她在那里獲得了物理學(xué)博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)有不少歐洲女性受瑪麗·居里的啟發(fā)，研究令人費(fèi)解的放射性新現(xiàn)象，布勞也是其中之一。多年前，居里夫人及其丈夫皮埃爾發(fā)現(xiàn)了一種近乎神奇的新元素——鐳，它的放射性比鈾強(qiáng)一百萬倍。它似乎能提供“取之不竭的光和熱”，令科學(xué)家興奮不已。在隨后的鐳熱潮中，你可以買到加鐳的肥皂、雪茄、牙膏和糕點(diǎn)，甚至還有加鐳的家具清潔劑和肛門栓劑。[30]（居里夫人沒有意識(shí)到危險(xiǎn)，自己也因暴露于輻射照射而英年早逝。[31]）鐳是從鈾礦石中提取的，歐洲唯一的鈾礦屬于奧匈帝國(guó)。因此，順理成章，維也納建立了一個(gè)鐳研究所，布勞作為有才華的實(shí)驗(yàn)者也在那里找到了工作。
1925年，她的導(dǎo)師，一位物理學(xué)家，給了她一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。她能不能用照相底板來探測(cè)兩個(gè)原子核相撞時(shí)噴射出的質(zhì)子的路徑？[32]實(shí)際操作甚至比聽起來還要難得多。她要嘗試找到比原子更小的單個(gè)粒子的軌跡。她百折不撓，系統(tǒng)地嘗試使用濃度更大的感光乳劑，測(cè)試了底板顯影的新技術(shù)，并竭力解釋那些幾乎無法察覺的印痕。多年后，她竟然成功了，她不僅捕捉到了微乎其微的粒子的路徑，還利用其來測(cè)量粒子的能量。這顯著證明了她技術(shù)的前景。
然而，布勞這些年在研究所工作時(shí)沒有得到任何報(bào)酬。她養(yǎng)活自己靠的是做家教、在醫(yī)療公司兼職，以及家人的幫助。當(dāng)她開始獲得國(guó)際認(rèn)可時(shí)，她鼓足勇氣申請(qǐng)薪水。但別人告訴她，這不可能——她是猶太人，而且是女人。[33]
20世紀(jì)30年代初，布勞改進(jìn)了她的方法，并為自己設(shè)定了一個(gè)更雄心勃勃的目標(biāo)：探測(cè)宇宙射線中的粒子。然而，她面臨的麻煩也越來越多。布勞總是渴望幫助一切需要幫助的人，因此，在遇到赫塔·萬巴赫爾——一位郁悶地學(xué)習(xí)法律的年輕女性時(shí)，她慷慨地提供了幫助。[34]萬巴赫爾成為她的學(xué)生、助手，并最終成為她的下屬。但隨著時(shí)間的推移，布勞的慷慨反而給自己帶來了困擾。1933年，法西斯主義獨(dú)裁者恩格爾伯特·陶爾斐斯在奧地利奪取政權(quán)。將猶太人逐出學(xué)術(shù)圈的呼聲不絕于耳。而布勞的這位門徒成了非法競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手納粹黨的早期成員。[35]更糟的是，萬巴赫爾與一個(gè)更狂熱的納粹分子發(fā)展了婚外情，對(duì)方是已婚物理學(xué)家，名叫格奧爾格·施泰特爾，后來成為該研究所的所長(zhǎng)。[36]布勞和萬巴赫爾還在一起工作，但兩人曾經(jīng)溫暖友好的合作變得緊張起來。
1937年，布勞最終準(zhǔn)備好嘗試探測(cè)宇宙射線。她的照相底板可能比巨大的云室更有優(yōu)勢(shì)，它們也更易于運(yùn)輸至宇宙射線最強(qiáng)的高海拔地區(qū)。而且她可以把它們長(zhǎng)時(shí)間留在那里，這大大增加了她捕獲稀有粒子的機(jī)會(huì)。布勞和萬巴赫爾只需乘坐懸掛式纜車，便抵達(dá)了維克托·赫斯建在哈弗萊卡峰7500英尺高的峰頂?shù)难芯空?。她們滿懷期待地放置特制的照相底板，使其朝向天空。
4個(gè)月后，她們回來收回底板。回到實(shí)驗(yàn)室后，她們通過顯微鏡仔細(xì)觀察，而后歡欣鼓舞。底板上蝕刻著細(xì)長(zhǎng)的線條，她們捕捉到了不可見粒子從太空疾馳而下的軌跡。更令人驚訝的是，在某些情況下，許多線條源于同一個(gè)點(diǎn)。一束宇宙射線擊中感光乳劑中的一個(gè)原子核，使之分裂，噴射出多達(dá)12個(gè)更小的粒子，形成了星形圖像。[37]布勞的發(fā)現(xiàn)引起了世界各地物理學(xué)家的興趣。她多年的實(shí)驗(yàn)獲得了成果。她開創(chuàng)了一項(xiàng)新技術(shù)，它有助于揭示我們體內(nèi)最小的粒子。
不幸的是，她幾乎沒有機(jī)會(huì)使用這項(xiàng)技術(shù)。1937年，隨著奧地利反猶主義的抬頭，施泰特爾逼迫布勞把她的工作交給她的下級(jí)合作者，并要她離開研究所。萬巴赫爾對(duì)待布勞時(shí)而無禮，時(shí)而大方。極度痛苦的布勞考慮放棄自己的研究。但接著，她意外得到了一個(gè)暫時(shí)的喘息機(jī)會(huì)。她以前的朋友兼同事埃倫·格萊迪奇得知了她的困境，邀請(qǐng)她到奧斯陸大學(xué)（當(dāng)時(shí)的名稱為皇家弗雷德里克大學(xué)）待幾個(gè)月。1938年3月12日，布勞帶著她最新型的底板，乘火車離開了。[38]她從火車窗口看到德國(guó)軍隊(duì)正迅速越過邊境。那是德奧合并，是希特勒吞并奧地利的日子。第二天，希特勒親自進(jìn)入維也納，令他的崇拜者欣喜若狂。
挪威提供的只是一個(gè)短期避難所，但幸運(yùn)的是，愛因斯坦聽聞了布勞的困境。在他的幫助下，8個(gè)月后，她在墨西哥城找到了一份教學(xué)工作。她擔(dān)心戰(zhàn)爭(zhēng)一觸即發(fā)，便搭乘最早的班機(jī)離開了奧斯陸。遺憾的是，它屬于一家德國(guó)航空公司。當(dāng)飛機(jī)降落在中轉(zhuǎn)城市漢堡時(shí)，布勞被傳喚。納粹官員似乎很清楚他們要找什么。他們翻遍了她的行李，搶走了她的照相底板，才讓她離開。[39]
在維也納，萬巴赫爾在布勞留下的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究，并開始因兩人的共同研究成果而獲得榮譽(yù)。布勞傷心欲絕。盡管她后來在美國(guó)獲得了一系列學(xué)術(shù)任命，她卻再也無法恢復(fù)重新研究宇宙射線的動(dòng)力。60多歲的時(shí)候，她需要進(jìn)行費(fèi)用高昂的白內(nèi)障手術(shù)，但在美國(guó)負(fù)擔(dān)不起手術(shù)費(fèi)，不得不回到維也納。她在鐳研究所工作了一段時(shí)間，感覺自己被冷待，并且依然沒有薪水。另外，她憤怒地發(fā)現(xiàn)，施泰特爾盡管與納粹有明顯的聯(lián)系，卻在20世紀(jì)50年代初被允許回到一所名牌大學(xué)就職。[40]布勞于1970年去世，她的成就在她的祖國(guó)奧地利未被認(rèn)可。
與此同時(shí)，許多其他人采用了布勞開創(chuàng)的技術(shù)，并獲得了回報(bào)。1947年，塞西爾·鮑威爾和朱塞佩·奧基亞利尼在法國(guó)比利牛斯山的一處山巔放置了靈敏的照相底板，他們發(fā)現(xiàn)了一種新的亞原子粒子——π介子，這是自安德森發(fā)現(xiàn)μ子以來發(fā)現(xiàn)的第一種新粒子。與μ子和正電子一樣，介子也是奇異的玩意兒。它們大約比電子重270倍，可以帶正電，也可以帶負(fù)電，或者不帶。
鮑威爾因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。布勞卻沒有被提及。她至少三次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的提名，其中兩次的推薦者都是身為諾貝爾獎(jiǎng)得主的埃爾溫·薛定諤，但這一切徒勞無功。
在威爾遜的云室和布勞的照相底板上，那美麗的纖弱軌跡打開了潘多拉魔盒。它們揭示了比原子更小的新粒子的存在，但幾乎沒有闡明圖景。雖然有了正電子、μ子和π介子這樣的粒子，但靠物理找到我們體內(nèi)基本要素的日子倒似乎更加遙遙無期了?？茖W(xué)家就好像在一個(gè)井底尋找解決辦法，卻發(fā)現(xiàn)井底的深度超乎他們的想象。他們只能不斷放下水桶，并滿懷期望。然而，原子內(nèi)部的圖景甚至將很快變得更加模糊。
到20世紀(jì)40年代，物理學(xué)家知道，宇宙射線主要由原子核，以及游離的質(zhì)子和電子組成。它們以接近光速的速度沖向地球，大部分被大氣層吸收。但一些高速碰撞會(huì)分裂原子，產(chǎn)生更小、更奇異的亞原子粒子，比如π介子和μ子，它們也會(huì)像雨點(diǎn)一樣落到地球上。
因此，研究人員當(dāng)下決定嘗試一種更直接的方法。與其等待宇宙射線偶爾大發(fā)慈悲，發(fā)射一個(gè)新粒子，為什么不操縱粒子撞在一起，看看是否有新的粒子會(huì)像高速公路車禍飛出的碎片般噴射出來呢？粒子搜尋者開始建造原子對(duì)撞機(jī)，他們更喜歡稱之為粒子加速器，使電子與電子、中子與中子以驚人的速度相互撞擊。
1949年，8所美國(guó)大學(xué)在紐約的布魯克海文聯(lián)合建造了第一臺(tái)龐大的原子對(duì)撞機(jī)，并給它起了一個(gè)樂觀的未來主義名字——宇宙加速器。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看起來像是一架剛被空運(yùn)來做調(diào)試的飛碟。物理學(xué)家將粒子發(fā)射進(jìn)一圈200英尺長(zhǎng)的環(huán)形軌道，軌道由288個(gè)6噸重的磁鐵環(huán)繞。這些裝置控制著粒子繞軌道運(yùn)行，每隔10英尺設(shè)置的微波發(fā)射管會(huì)提升粒子每一圈繞行的速度，就像在加速的旋轉(zhuǎn)木馬上推動(dòng)它們一樣。研究人員在一堵兩英尺厚的混凝土墻后面操作了這個(gè)30億伏的設(shè)備。等終于解決了所有的難題后，他們便可以在4/5秒內(nèi)將粒子發(fā)射130000英里，使它們加速到接近光速。[41]
這些撞擊取得了非凡的成功。研究人員欣喜地發(fā)現(xiàn)了更小粒子的軌跡。撞擊點(diǎn)周圍布置了布勞的照相底板，還有氣泡室——威爾遜云室的類似物。它們的靈敏度高得驚人，可以探測(cè)到直徑小于一百萬億分之一英寸、存在時(shí)間小于十億分之一秒的粒子。[42]突然之間，最基本粒子似乎觸手可及。
然而事實(shí)并非如此。
隨著新發(fā)現(xiàn)數(shù)量的攀升，喜悅變成了困惑和驚愕。[43]到了20世紀(jì)50年代末，物理學(xué)家面對(duì)數(shù)十個(gè)奇異粒子組成的“動(dòng)物園”，大惑不解，一頭霧水。K介子、λ粒子、Σ粒子、Ξ粒子、超子，名單不斷加長(zhǎng)?！叭绻夷苡涀∷羞@些粒子的名稱，”費(fèi)米抱怨道，“我就不是物理學(xué)家，而是植物學(xué)家了?！盵44]粒子物理學(xué)家注定要成為頭銜好聽的編目員嗎？他們看到了一些表明這些粒子擁有共性的跡象，但沒能找到統(tǒng)一的體系將它們聯(lián)系起來?？茖W(xué)家想在宇宙混亂的表象下發(fā)現(xiàn)一種簡(jiǎn)明的秩序，但這一夢(mèng)想到此為止了。此時(shí)，對(duì)最基本粒子的探索似乎裹足不前。
局面一直混亂不堪，直至1961年默里·蓋爾曼加入。
蓋爾曼是個(gè)神童。他3歲時(shí)就能心算大數(shù)相乘，15歲進(jìn)入耶魯大學(xué)。[45]他是那種自認(rèn)為無所不知的人，他老是寫不完論文，經(jīng)常逃課，卻總是在考試中名列前茅。32歲時(shí)，他獲得了麻省理工學(xué)院的博士學(xué)位，在普林斯頓高等研究院工作，在芝加哥大學(xué)與傳奇人物費(fèi)米共事，并在加州理工學(xué)院擔(dān)任教授。他會(huì)說13種語言，包括高級(jí)瑪雅語。他的合作者謝爾登·格拉肖回憶：“不用認(rèn)識(shí)多久，他那咄咄逼人的博學(xué)就會(huì)讓你明白，他在幾乎所有方面的知識(shí)都遠(yuǎn)超你，不論是考古學(xué)、鳥類、仙人掌，還是約魯巴神話和發(fā)酵學(xué)。”[46]照片上的蓋爾曼通常眼神溫暖，笑意藏在厚重的黑框眼鏡后，但他易怒且傲慢。他喜歡貶低與他意見不同的人，包括圈子里的另一個(gè)天才——理查德·費(fèi)曼，這位合作者后來變成了他的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
蓋爾曼選擇研究粒子物理學(xué)，他有一種不尋常的天賦，善于辨識(shí)潛在模式。經(jīng)過多年研究，他發(fā)現(xiàn)他可以運(yùn)用一種晦澀的代數(shù)理論形式，根據(jù)粒子“動(dòng)物園”里所有成員的性質(zhì)——電荷、質(zhì)量、自旋和“奇異數(shù)”（這種性質(zhì)似乎可以預(yù)測(cè)一些粒子衰變?yōu)楦?jiǎn)單粒子所需時(shí)間的差異）——將它們分組，于是他迎來了頓悟時(shí)刻。在一次令人驚嘆的關(guān)于自然界如何映射數(shù)學(xué)的演示中，他發(fā)現(xiàn)這些粒子可被分成8個(gè)幾何形狀組成的不同集合，叫作八重態(tài)。他將自己的理論稱為“八重法”，幽默地向禪宗致敬[47]（畢竟這是20世紀(jì)60年代的加州[48]）。也許它終將使粒子物理學(xué)家得到啟迪，結(jié)束他們的痛苦。[49]蓋爾曼的八重態(tài)將粒子分組，這些分組與粒子性質(zhì)一致的程度，就如俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫的元素周期表將元素排序一樣令人印象深刻。由于幾何圖案中有缺失粒子的地方，蓋爾曼預(yù)測(cè)人們將發(fā)現(xiàn)新的粒子。
但蓋爾曼對(duì)發(fā)表他的理論感到憂慮，以至于兩次從《物理評(píng)論》撤回了論文。[50]最后，他提交了一篇關(guān)于粒子性質(zhì)的論文，并謹(jǐn)慎地把關(guān)于八重法的突破性意見藏在文章末尾。
正如科學(xué)界常見的那樣，另一個(gè)人同時(shí)得出了同樣的理論。這又是一名神童，他名為尤瓦爾·內(nèi)埃曼，當(dāng)時(shí)是物理學(xué)家，后來成為以色列內(nèi)閣成員。兩人分享了發(fā)現(xiàn)這一晦澀理論的榮譽(yù)，它起初看似完全不可能奏效。[51]他們的理論認(rèn)為，應(yīng)該還存在人們未曾于自然界中見過的粒子，所以我們不清楚兩人是否走在正確的道路上。
但數(shù)年后，布魯克海文的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)使蓋爾曼大受追捧。他曾預(yù)測(cè)了一種特殊粒子的性質(zhì)，它在他的一個(gè)幾何集合中是缺失的，被他稱為Ω-。實(shí)驗(yàn)人員開始尋找它。他們花了幾個(gè)月的時(shí)間，在加速器上安裝好必要的設(shè)備。而后他們開始每天拍攝數(shù)千張照片，照片如此之多，他們不得不雇用了長(zhǎng)島的家庭主婦日夜輪班來幫助分析它們。[52]在拍了9萬張照片之后，他們一無所獲。但到了第97025張，他們發(fā)現(xiàn)了匹配的現(xiàn)象。[53]蓋爾曼早已預(yù)見了Ω粒子的性質(zhì)。八重法被證實(shí)了。
蓋爾曼得意于他的理論，但并不滿足。實(shí)驗(yàn)者編目的粒子數(shù)量多得荒謬，但他沒有減少這一數(shù)量。他也不明白它們?yōu)槭裁磁c八重法體系契合，但一定有某種潛在模式可以解釋這一現(xiàn)象。他認(rèn)為，已知粒子肯定是由某種更簡(jiǎn)單、更基本的東西構(gòu)成的。
1963年3月，他在哥倫比亞大學(xué)拜訪物理學(xué)家羅伯特·瑟伯爾時(shí)取得了突破。瑟伯爾一直在琢磨八重法的運(yùn)算，他懷疑其底層代數(shù)可能揭示了一種以三為基礎(chǔ)的深層模式。在教工俱樂部吃午飯時(shí)，他問蓋爾曼，八重態(tài)中的每個(gè)粒子是否可能由三個(gè)更小的粒子組成。
“這將是個(gè)有意思的怪論。”[54]蓋爾曼說。
“餿主意?！币黄鸪燥埖奈锢韺W(xué)家李政道反駁道。蓋爾曼拿起一張餐巾紙，開始潦草地寫下這個(gè)建議為什么古怪。問題在于，如果每個(gè)粒子都由三個(gè)更小的粒子組成，那么每個(gè)更小的粒子就必須帶有1/3或2/3個(gè)正電荷或負(fù)電荷。沒有人見過分?jǐn)?shù)電荷。那它們?cè)趺纯赡艽嬖谀兀窟@似乎不太可能。
但這個(gè)問題一直困擾著蓋爾曼，第二天，他發(fā)現(xiàn)自己又在思考它。他開始想知道，是否有一種奇怪的方式使分?jǐn)?shù)電荷得以實(shí)際存在。假設(shè)帶分?jǐn)?shù)電荷的粒子被禁錮在一個(gè)帶完整電荷的較大粒子中，就能解釋為什么我們無法探測(cè)到它們。它們永遠(yuǎn)無法擺脫困住它們的大粒子。這似乎很不可信，甚至古怪得不可能成真。但他又想，管他呢，為什么不呢？[55]為了梳理這個(gè)念頭，他隨意地把這些奇異粒子命名為“quack”或“quork”，并最終選擇了“quark”（夸克），這個(gè)荒唐的名字源于詹姆斯·喬伊斯的小說《芬尼根的守靈夜》。（“quark”在德語中有“胡言亂語”的意思，蓋爾曼得知這一點(diǎn)時(shí)也被逗笑了。）
蓋爾曼認(rèn)為他提出了一個(gè)聰明的理論，但也是我們無法觀察到的。于是他想知道，他的帶分?jǐn)?shù)電荷的粒子是否可能是一個(gè)有用的數(shù)學(xué)虛構(gòu)概念。[56]他擔(dān)心論文可能被拒，便決定不把它交給《物理評(píng)論快報(bào)》的謹(jǐn)慎的編輯。他把它寄給了《物理快報(bào)》，那里的編輯更樂于發(fā)表“瘋狂”的想法。[57]
再一次，有人進(jìn)行了相似的頭腦風(fēng)暴。這一次，蓋爾曼的同事、過去的學(xué)生喬治·茨威格獨(dú)立地提出了分?jǐn)?shù)電荷粒子的概念[不過他稱它們?yōu)榘Ｋ梗╝ce），而非夸克，并推測(cè)它們可能有四個(gè)，而不是三個(gè)]。但茨威格是一位更年輕的科學(xué)家，當(dāng)時(shí)他在瑞士的歐洲核子研究中心（CERN）工作，那里有世界最強(qiáng)大的粒子加速器，而該機(jī)構(gòu)對(duì)論文發(fā)表的地點(diǎn)和形式有限制。茨威格對(duì)部門主管給他設(shè)置的障礙感到非常挫敗，以至于放棄發(fā)表論文。[58]在歐洲核子研究中心工作期間，他只是給人們傳閱了兩份本來準(zhǔn)備發(fā)表的草稿。他回憶，人們對(duì)他的論文“基本上不太溫和”。一位上級(jí)科學(xué)家給他貼上了騙子的標(biāo)簽，并阻撓他在伯克利擔(dān)任教職。[59]茨威格最終心情苦澀地離開了物理學(xué)界，轉(zhuǎn)投神經(jīng)生物學(xué)界。
和埃斯一樣，夸克一開始也被排除在外。粒子中的分?jǐn)?shù)電荷從未被探測(cè)到，而且永遠(yuǎn)也不可能被探測(cè)到，這一理論似乎過于牽強(qiáng)。情況在1968年夏天發(fā)生了變化，蓋爾曼的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手理查德·費(fèi)曼用量子物理學(xué)告訴人們，斯坦福大學(xué)的加速器實(shí)驗(yàn)證明了這些電荷的存在。在他的演示中，電子從質(zhì)子上反彈回來，其表現(xiàn)就好像質(zhì)子里有三個(gè)堅(jiān)硬的實(shí)體。憑借云室、布勞的照相底板、粒子加速器，以及蓋爾曼的直覺與數(shù)學(xué)層面的敏銳，科學(xué)家終于探測(cè)到了夸克——尺寸是沙粒的一百萬分之一。[60]《紐約時(shí)報(bào)》寫道，許多物理學(xué)家認(rèn)為，“他們已經(jīng)開始打開通往物質(zhì)最內(nèi)部秘境的大門”[61]。
在過去的50年里，懷疑已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯钚拧Ｈ藗兤毡檎J(rèn)可夸克是粒子“動(dòng)物園”中所有成員的終極基本要素，包括你身體原子中的所有質(zhì)子和中子。夸克有6種類型，它們強(qiáng)相互作用的媒介是被蓋爾曼稱為膠子的交換粒子，之所以叫這個(gè)名字，是因?yàn)樗鼈儼蚜Ｗ羽ず显谝黄?。沒有人知道為什么夸克有分?jǐn)?shù)電荷。但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種力，它阻止帶分?jǐn)?shù)電荷的夸克逃離質(zhì)子和中子?？淇嗽酵庖?，束縛它們的力會(huì)越強(qiáng)，就像被拉伸的橡皮筋一樣?？茖W(xué)家估計(jì)，夸克所承受的壓力超過宇宙中任何已知的壓力，比海底最深處的壓力大一千億億億倍。[62]蓋爾曼的理論得到了其他人的擴(kuò)展，如今已處于不容挑戰(zhàn)的地位。這一重大突破為他贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。
雖然你可以說蓋爾曼發(fā)現(xiàn)了構(gòu)成我們乃至世間萬物的最基本粒子，但公平地說，你還包含了多得多的其他東西——真空。你可能認(rèn)為你是固體，但那是一種幻覺——你的原子中有99.9999999999999%的部分都是空的。原子中的真空之海是如此之大，如果你把一個(gè)氫原子的原子核放大到網(wǎng)球那么大，它的電子將在大約一英里外旋轉(zhuǎn)。如果你把你的電子、質(zhì)子和中子之間的空間全部去掉，你將變得不比一粒大灰塵更大。你可以把全人類塞進(jìn)一塊方糖里。[63]
這引出了一個(gè)有趣的問題。如果我們的身體如此空蕩，為什么我們卻感覺如此堅(jiān)實(shí)？答案是，當(dāng)我們碰觸桌子這樣的東西時(shí)，原子實(shí)際上并不相觸。相反，你手指的電子和桌子的電子會(huì)相互排斥。所以你的原子并沒有實(shí)際碰觸桌子，它們?cè)谧雷由戏讲▌?dòng)，誘使你的神經(jīng)產(chǎn)生觸覺。物理學(xué)家會(huì)告訴你還有其他事情在發(fā)生。在量子力學(xué)的世界里，相同的粒子不能占據(jù)相同的空間。因此，當(dāng)原子相互靠近時(shí)，它們的電子會(huì)被迫以不同的模式圍繞原子核高速旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了排斥能，使它們無法實(shí)際接觸。
迄今為止，科學(xué)史上的所有觀察結(jié)果都告訴我們，除了真空，你和所有已知物質(zhì)都只由三種基本粒子組成：電子、夸克和膠子。膠子是無質(zhì)量的交換粒子，它們將夸克黏合成質(zhì)子和中子。從某種意義上說，你是一個(gè)集合，包含了大約30000000000000000000000000000（3萬億億億）個(gè)電子、數(shù)十倍于前者的夸克和無數(shù)個(gè)將夸克黏合成粒子的膠子。
蓋爾曼的發(fā)現(xiàn)使我們能將基本粒子的歷史追溯至它們被召喚出來的那一刻。那是138億年前，沒有宇宙，沒有空間和時(shí)間。而后，就在大爆炸那一瞬間，夸克、膠子和電子從一個(gè)密度無窮大的小點(diǎn)中噴射出來。于是砰！我們的旅程開始了。創(chuàng)造我們的粒子在超高溫等離子體中旋轉(zhuǎn)、跳躍、聚集。不到1毫秒后，膠子開始把夸克黏合在一起，形成質(zhì)子和中子。3分鐘內(nèi)（根據(jù)愛因斯坦的方程和對(duì)宇宙中物質(zhì)總量的估計(jì)），等離子體稍微冷卻。這使得膠子攜帶的強(qiáng)大核力得以發(fā)揮作用。它們開始將質(zhì)子和中子黏合在一起，創(chuàng)造出我們這個(gè)宇宙中最初的原子核。
其中3/4是最簡(jiǎn)單的元素——?dú)洌脑雍酥兄挥?個(gè)質(zhì)子。這意味著你體內(nèi)所有4億億億個(gè)氫核，都在大爆炸3分鐘后就形成了，它們約占你質(zhì)量的10%。
第二簡(jiǎn)單的元素氦（有2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子），以及極少量的鋰和鈹（分別有3及4個(gè)質(zhì)子和中子），也在旋轉(zhuǎn)的原初等離子體中孕育出來。但目前僅此而已。
在大約2億年的時(shí)間里，宇宙極度乏味。那才是真正的黑暗時(shí)代。沒有什么可看的，也沒有光讓它可以被看到。在宇宙膨脹的過程中，只有4種閑置元素組成的云團(tuán)飄浮在黑暗空間里。
我們大概可以確定，這4種最早出現(xiàn)的元素不可能憑自己創(chuàng)造出生命。畢竟，你的身體含有60多種其他元素，從鐵和硒，到氟和鉬。而你是存在的，這怎么可能發(fā)生？你體內(nèi)的其他原子是如何產(chǎn)生的？讓它們得以存在的是什么龐大的能源——等同于一千億億億枚氫彈？[64]
第一條意想不到的線索將來自“哈佛第一人”，她碰巧是一名意志堅(jiān)定的英國(guó)女性。
注釋
[1]Rhodes,The Making of the Atomic Bomb,30—31.
[2]Blackmore,Ernst Mach,321.
[3]英寸是英美等國(guó)使用的長(zhǎng)度單位，1英寸等于2.54厘米，12英寸為1英尺?！g者注。
[4]量子物理學(xué)家很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，電子的軌道并沒有這樣容易預(yù)測(cè)?，F(xiàn)在，他們把電子的軌道路徑視為最可能找到電子的電子云。
[5]Close,Particle Physics:A Very Short Introduction,14.
[6]De Angelis,“Atmospheric Ionization and Cosmic Rays,” 3.
[7]Gbur,“Paris:City of Lights and Cosmic Rays.”
[8]Bertolotti,Celestial Messengers:Cosmic Rays:The Story of a Scientific Adventure,36.
[9]Kraus,“A Strange Radiation from Above,” 20.
[10]赫斯的部分?jǐn)⑹霰环g成英文，并刊載于：Steinmaurer,“Erinnerungen an V.F.Hess,Den Entdecker der Kosmischen Strahlung,und an Die ersten Jahre des Betriebes des Hafelekar-Labors”。
[11]“The Zenith Tragedy”;and Oliveira,“Martyrs Made in the Sky.”
[12]1英里=1.609344公里?！幷咦ⅰ?
[13]Ziegler,“Technology and the Process of Scientific Discovery,” 950.
[14]Walter,“From the Discovery of Radioactivity to the First Accelerator Experiments,” 28.
[15]De Maria,Ianniello,and Russo,“The Discovery of Cosmic Rays,” 178.
[16]引自：Nobel Lectures Physics:Including Presentation Speeches and Laureates'Biograp-hies,1922—1941,215。
[17]Pais,Inward Bound:Of Matter and Forces in the Physical World,38.
[18]兩年后，J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)陰極射線管內(nèi)的陰極“射線”實(shí)際上是電子流。
[19]Pais,Inward Bound,39.
[20]Crowther,Scientific Types,38.
[21]BBC對(duì)威爾遜的采訪，載于BBC紀(jì)錄片《云室中的威爾遜》的文字記錄。
[22]Nobel Lectures Physics,216.
[23]Anderson,The Discovery,25—26.
[24]Anderson,The Discovery,29—30.
[25]Hanson,“Discovering the Positron(I),” 199.
[26]磅是英美等國(guó)使用的重量單位，1磅=0.4536千克?！g者注。
[27]Sundermier,“The Particle Physics of You.”
[28]今天我們知道，撞擊地表的宇宙射線粒子大都是μ子。每秒約有10個(gè)μ子穿過你的身體。宇宙射線每年給你增加約27毫雷姆的輻射劑量，幾乎相當(dāng)于3次胸部X光。[松德邁爾，《你的粒子物理學(xué)》（The Particle Physics of You）]
[29]Close,Marten,and Sutton,The Particle Odyssey:A Journey to the Heart of Matter,69.
[30]Rentetzi,Trafficking Materials and Gendered Experimental Practices,2;and Miklós,“Seriously Scary Radioactive Products from the 20th Century.”
[31]即使到了今天，她的文件也具有很強(qiáng)的放射性，研究者在檢查它們前必須穿上防護(hù)服。
[32]Sime,“Marietta Blau:Pioneer of Photographic Nuclear Emulsions and Particle Physics,” 7.
[33]倫特茲，美國(guó)物理研究所對(duì)利奧波德·哈爾佩恩的口述歷史采訪。
[34]倫特茲，美國(guó)物理研究所對(duì)利奧波德·哈爾佩恩的口述歷史采訪。
[35]Galison,“Marietta Blau:Between Nazis and Nuclei,” 44.
[36]Sime,“Marietta Blau,” 14.
[37]Rosner and Strohmaier,Marietta Blau,Stars of Disintegration,159.
[38]Rentetzi,“Blau,Marietta,” 301.
[39]倫特茲，美國(guó)物理研究所對(duì)利奧波德·哈爾佩恩的口述歷史采訪。
[40]倫特茲，美國(guó)物理研究所對(duì)利奧波德·哈爾佩恩的口述歷史采訪。
[41]Plumb,“Brookhaven Cosmotron Achieves the Miracle of Changing Energy Back into Matter.”
[42]Close,Marten,and Sutton,The Particle Odyssey,13.
[43]Riordan,The Hunting of the Quark:A True Story of Modern Physics,69.
[44]引自：Riordan,The Hunting,69。
[45]Johnson,Strange Beauty:Murray Gell-Mann and the Revolution in Twentieth-Century Physics,35.
[46]Glashow,“Book Review of Strange Beauty:Murray Gell-Mann and the Revolution in Twentieth-Century Physics,”582.
[47]佛教教義中有“八正道”，意為八種方法，包括正見、正念、正定等?！g者注。
[48]美國(guó)的20世紀(jì)60年代是反主流文化的時(shí)代，年輕人反叛社會(huì)，宣揚(yáng)佛教禪宗，加州是當(dāng)時(shí)的文化中心之一。——譯者注。
[49]Bernstein,A Palette of Particles,95.
[50]Johnson,Strange Beauty,194.
[51]Johnson,Strange Beauty,208.
[52]Crease and Mann,The Second Creation:Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics,275.
[53]Johnson,Strange Beauty,217.
[54]Riordan,The Hunting,101.
[55]Crease and Mann,The Second Creation,281.
[56]Johnson,Strange Beauty,283—84.
[57]Crease and Mann,The Second Creation,284.
[58]Charitos,“Interview with George Zweig.”
[59]Zweig,“Origin of the Quark Model,” 36.
[60]Butterworth,“How Big Is a Quark?”
[61]Sullivan,“Subatomic Tests Suggest a New Layer of Matter.”
[62]Chu,“Physicists Calculate Proton's Pressure Distribution for First Time.”
[63]Sundermier,“The Particle Physics of You.”
[64]Cottrell,Matter:A Very Short Introduction,127.