好書試閱

(節錄自本書第4章)

4 物質的最基本元素是什麼?
你將看到,我們對於所觀察到最小的東西,知道的非常少

當你明白了,人類的科學知識只與宇宙5%的部分(所謂的「正常物質」)有關,可能會導致如下幾種反應:
一、使你自覺緲小、謙虛,以及些微的恐懼。
二、讓你否認、拒絕、堅決不承認。
三、喚起你的求知慾,對於我們可以從宇宙學到的所有東西感到興奮。
四、鼓勵你繼續閱讀這本書。
如果你的反應是謙虛和恐懼,我們要告訴你一個好消息,我們將要花大部分時間來討論正常物質。附帶一提,如果暗物質確實導致暗物理學、暗化學、暗生物學,甚至形成暗物理學家。暗物理學家可能會認為,他們的物質是「正常的」。也許,你真的應該謙虛一點。
我們也有壞消息給你。我們並不完全知道,關於我們知道的宇宙5%的所有一切。
這可能會讓大多數的你們感到訝異。畢竟,人類雖然才出現幾十萬年,卻已經在科學方面達到相當好的成就。事實上,你可能會試圖辯解說,我們已經全面控制了宇宙裡我們居住的小角落。今天在我們手上握有這麼多時髦的技術,你會認為我們對日常生活科學理解得很好。我們甚至可以隨時隨地播放糟糕的電視節目。當然,這些發展對任何文明來說都是重要的里程碑。
有趣的是,事實上這亦真亦假(在這裡,我們指的是對現實生活科技有很好的掌握,而不是指我們可以掌握二十四小時真人實境秀)。
這是真的,對於日常物質,我們確實知道很多。但是,也有很多我們不了解的地方。最值得注意的是,我們甚至不知道某些粒子(物質的一部分)有什麼作用。就目前物理研究的結果,我們發現了十二種物質粒子,其中六種我們稱為「夸克」,另外六種我們稱為「輕子」。
然而,你只需要十二種中的三種來建構你周圍的一切,分別是上夸克、下夸克和電子(輕子之一)。還記的嗎?你可以用上夸克和下夸克來製造質子和中子,再加上電子,你可以製出任何原子。那麼其他九種粒子有什麼用途?它們為什麼存在?我們不知道。
這個狀況有多令人費解?好吧,想像你做了個大蛋糕,烘烤並裝飾後開始品嘗它(附帶一提,因為你是優秀的麵包師傅,這個蛋糕美味無比)。這時,你赫然發現竟然有其它九種配料從未使用。是誰把其他配料放在那裡?應該把它們用在什麼地方?究竟是誰想出了這道食譜?
事實上,我們對日常物質(宇宙百分之五那部分)的無知,遠遠深於粒子糕點的比喻。
總而言之,我們知道如何將三種粒子(上夸克、下夸克和電子)組合成任何種類的原子,我們也知道如何用原子製造分子,並用分子塑造複雜物體,如蛋糕和大象。但是,我們只知道「如何」而已,我們知道東西是如何構成的,我們也明瞭如何把東西組建出來。從排汗內衣到太空望遠鏡,我們都知道如何製造。怎樣,聽起來很神奇吧!
但是,我們不太清楚「為什麼」。為什麼這些東西是用特定的方式組合在一起?為什麼這些東西不用別種方法組合起來?這是唯一一個,能夠描述宇宙形成,並自圓其說的版本,還是像弦論物理學家提出的,可能有十的五百次方種不同版本?
我們還不知道宇宙中所有東西組合的基本原因。這就像音樂:我們知道如何製作音樂,我們隨著曼妙音樂唱歌、跳舞,但我們不明白「為何」音樂可以讓我們隨之律動。音樂就像宇宙一樣:我們知道它是有效工作的,但是我們不知道它的工作原理。
有些人可能會說,解釋宇宙的「為什麼」是不可能的;或說,答案也許存在,只不過我們可能永遠都找不到,更不用說去理解。我們把這方面的討論保留到第十六章〈萬有理論存在嗎?〉,但我們要強調一個重點,目前我們對宇宙的「為什麼」還是毫無頭緒。
現在,讓我們假設你是充滿好奇心,享受凡事追根究柢的人,你可能會想知道,如何回答宇宙萬物為何這樣構成的問題,並且找出已發現的「無用」粒子和宇宙形成之間的關係。
要理解有關宇宙基本的「為什麼」問題,我們得先弄清楚什麼是宇宙最深層、最基本的組成層次。這意味著我們要不斷解構宇宙,直到不能再解構下去為止。現實世界最小、最基本的組成單位是什麼?如果它是粒子,那麼我們想要弄清楚這種粒子是不是以更小的粒子組成,而這更小的粒子是不是又以比它們更加基本的粒子組成,我們會持續不斷,無窮無盡的解構下去,直到不能再解構為止(或者解構到厭煩而止,就看哪個先發生)。
一旦你發現了基本粒子,就可以檢驗它們,並可能找出一切事物的工作原理。這就像在樂高世界中找到最小的樂高積木塊。如果你發現這些基本粒子,就會知道所有東西互相鏈結的基本系統。你會真實深刻的認識這個現實世界,包括暗能量和暗物質(我們希望啦)。
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