物理學(xué)家從各個(gè)角度,用各種方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型和這些基本粒子進(jìn)行了細(xì)致的研究,這個(gè)模型成功地通過(guò)了所有考驗(yàn)——這絕對(duì)是一個(gè)偉大的成就。

回到起點(diǎn)

對(duì)宇宙學(xué)的研究也在20世紀(jì)取得了令人震驚的成果。我們現(xiàn)在已經(jīng)掌握了大量的證據(jù)來(lái)支撐大爆炸理論(Big Bang theory)。根據(jù)這一理論的描述,宇宙起始于由能量組成的高溫致密混沌,并在隨后的億萬(wàn)年間,隨著延續(xù)至今的時(shí)間和空間膨脹而逐漸冷卻。盡管名字聽(tīng)起來(lái)很嚇人,但大爆炸并不是空間中發(fā)生的爆炸,而是時(shí)間和空間的起點(diǎn)——或者更準(zhǔn)確地說(shuō),是當(dāng)前人類對(duì)物理學(xué)的領(lǐng)悟能把我們帶到最接近起點(diǎn)的地方。

“大爆炸”這個(gè)術(shù)語(yǔ)常被用于指代兩個(gè)概念——一是大爆炸理論,即宇宙從最初的高溫致密狀態(tài)下膨脹的模型;二是大爆炸事件本身,即宇宙起源的那個(gè)密度無(wú)限大且溫度無(wú)限高的點(diǎn)[專業(yè)術(shù)語(yǔ)稱為奇點(diǎn)(singularity)]?！按蟊ā币辉~最早是由一個(gè)英國(guó)物理學(xué)家弗雷德·霍伊爾(Fred Hoyle)于1949年在英國(guó)廣播公司(British Broadcasting Corporation,BBC)的一個(gè)電臺(tái)節(jié)目中提出的。他本人實(shí)際傾向于一個(gè)相反的、被稱為定態(tài)宇宙(steady-state universe)的理論。對(duì)于那些“認(rèn)為宇宙中所有物質(zhì)都是在過(guò)去某個(gè)特定時(shí)間的一次大爆炸中產(chǎn)生的早期理論”3,他持反對(duì)意見(jiàn),并認(rèn)為這些理論和當(dāng)時(shí)的觀測(cè)結(jié)果不符。但是,霍伊爾在學(xué)術(shù)界是少數(shù)派,而且定態(tài)宇宙理論也和目前的觀測(cè)數(shù)據(jù)不符。與之相比,大爆炸理論(這個(gè)術(shù)語(yǔ)隨后被它的擁護(hù)者所接受)則被證明和目前所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持著驚人的一致。

在大約137億年前,我們今天所看到的宇宙(甚至更大的范圍),都包含在一個(gè)溫度極高、密度也極大的點(diǎn)內(nèi)。那時(shí)還沒(méi)有恒星或星系,只有一片由各種可能出現(xiàn)的粒子組成的沸騰的能量海洋。不斷碰撞的粒子,在“產(chǎn)生—分解—湮滅—再產(chǎn)生”這個(gè)循環(huán)過(guò)程中不停地出現(xiàn)和消失。這片能量海洋的溫度和密度都接近于無(wú)限——在宇宙的最早期,溫度甚至高于1億億億億(1032)攝氏度。

無(wú)論是什么原因引起的大爆炸(關(guān)于這個(gè)問(wèn)題有很多有趣的想法,以后我們會(huì)對(duì)這些想法進(jìn)行討論),都導(dǎo)致了宇宙的存在,空間也在隨之而來(lái)的膨脹中逐漸冷卻。在宇宙年齡達(dá)到百萬(wàn)分之一秒時(shí),溫度很快降低到10萬(wàn)億(1013)攝氏度,并宣布了一個(gè)宇宙歷史新時(shí)代的到來(lái):粒子——包括質(zhì)子和中子——開始從宇宙的原始混沌中凝聚出來(lái)。