研究物质的科学家们揭露了一个令人震惊的事实:几乎所有事物都由空旷的空间构成——可以说是99%都是空荡荡的。无论是你我,还是宇宙间的万物,皆由虚空中漂浮的微小粒子构成,仿佛磐石在浩瀚星空中悬浮。那么,这些微观粒子是如何汇聚成有形之体的呢?肯定存在某种力量让这些粒子聚合,关键问题是,这种力量究竟为何物?
如今我们得知,组成我们身体的元素,亦是构成宇宙万物的基本粒子。虽然我们发现了这些粒子,却引出了更复杂的问题,为何万物具备形态?为何它们拥有质量?
物质的绝大部分是空空如也,在原子世界中,大量空间是空无一物的,那么这些原子是如何结合的?我们的身体又是如何构成的?肯定不是用胶水,而是某种基础的相互作用在起作用,粒子间必然存在相互作用力,尽管我们无法直观地看到,但我们知道它必定无处不在。
空间的虚无并非全然空洞,反而充满了力量。四种基本作用力中,重力和电磁力广为人知,而弱作用力与强作用力则鲜为人察觉。弱作用力决定了放射性元素的衰变,如铀的衰变便是其作用结果,而强作用力则将质子内的组成部分夸克紧密结合。
我们无法目睹构成自己的成分,也无法看见身边的基本力,但我们确信它们的存在。理解这些力的作用原理及其起源,成为了现代物理学研究的核心。解开这个谜题可能揭示出宇宙的核心秘密,不仅让我们了解自身的构成,更能解答为何构成我们的元素具有形态。
粒子物理学的重大发现之一是某些粒子实际上是力的媒介,比如光子,它是电磁力的载体。所有的力都有其载体,尽管我们尚未全部发现,但我们确信载体确实存在,也了解它们如何相互作用。在极高温度下,例如1000万亿度时,电磁力与弱作用力会合二为一,这就是所谓的电弱统一,虽然这个概念对你来说可能不那么直观,但对物理学家而言,这正是解开未知的关键。
这一发现促成了科学史上最伟大的理论之一——粒子物理的标准模型,经过40多年的验证,其正确性无可置疑。但标准模型仍存在一个大问题,这又带我们回到了粒子动物园,那里是为了研究质子内部而在对撞实验中观察到的多种奇异粒子。
亚原子粒子的质量差异极大,比如一个夸克的质量可能是电子的200倍,而在粒子世界里,有些粒子的质量相差十万倍,标准模型无法解释为何粒子的质量会如此不同,或者为何它们会有质量!
这一问题成了现代物理学的又一重要课题,而答案竟出自一位名叫彼得-希格斯的谦逊教授。他启动了科学史上最宏大且昂贵的研究项目之一。宇宙的标准模型存在一个巨大缺口,而彼得-希格斯正是填补这一缺口的人。
希格斯假设存在一种遍及宇宙的力场,与某些粒子互动时,这种互动会赋予粒子质量。如果希格斯的理论被证实为真,我们或许就能明白为何万物具备形态。
然而,希格斯的理论最初遭到了拒绝,他的论文被欧洲核子研究组织驳回。希格斯非常愤怒,他坚信自己的研究将带来重大发现,因此重新撰写了论文,增补了几段内容,但并未寄回日内瓦。他预计欧洲核子研究组织的人看不懂,于是改投向了大西洋彼岸的《物理评论快报》——一份相关的美国期刊,并最终被接受。