第4章 最基本的物质粒子是什么？

我们竟然如此不了解

组成物质的最小单位

发现人类的知识和科学仅仅与宇宙中5%的质量（即常规物质）相关，你或许会有以下几种不同的反应。

1.你感到渺小和卑微，甚至有些恐惧。

2.你不断否认这个事实。

3.你变得对宇宙极为感兴趣。

4.你受到鼓舞，继续阅读此书。

如果你感觉到了卑微和恐惧，那么我们有个好消息要告诉你：本章的大部分内容只关乎常规物质。顺便说一下，暗物质的确有一些难以捉摸的物理反应、没人理解的化学反应，或者未知的生物反应，不过由暗物质构成的物理学家一定认为他们的物质才是正常的。或许我们的确不该太拿自己当回事儿。

我们也有坏消息：对于所已知的5%，我们也不是完全了解。这或许会让你感到很诧异。毕竟，我们在这个星球上只生活了几十万年，就科学探索而言，我们已经做得很不错了。你或许会说，我们已经控制了这个宇宙中的小小角落。现在，人们有那么多先进的技术，你或许认为我们对常规物质的研究已经非常充分了。我们甚至可以随时随地在线观看数小时无聊的电视节目。这对于任何文明而言都是里程碑式的进步。

非常有趣的是，这既是对的也是错的。我们对现实有一定的掌控能力，但我们不可能24小时不间断地盯着录像观察现实世界。

我们的确比较了解常规物质，但常规物质也的确有很多让我们疑惑的地方。尤其值得注意的是，我们现在甚至不知道构成物质的某些粒子是什么。这就是我们的处境。在日复一日的物理探索中，我们发现了十二种物质粒子。其中六种被称为“夸克”（quark），剩余的六种被称为“轻子”（lepton）。

然而，组成你周围的一切事物只需要上面十二种粒子中的三种：上夸克、下夸克、电子（轻子的一种）。记住，上夸克和下夸克能够组成质子和中子，这些和电子一起能够组成原子。既然这样，那么剩下的九种粒子是做什么的呢？它们为什么存在？我们不知道。

这太让人困惑了。想象一下，你做了一个很棒的蛋糕，在烘焙、装饰、品尝之后（你是个出色的蛋糕师，蛋糕尝起来非常棒），你发现还有九种原料未曾用过。谁将这些原料放在了那里？它们应该用在什么地方？是谁想出了目前的这个食谱？

真实的情况是，我们对于常规物质的了解还比不上对粒子蛋糕的了解。

简而言之，我们明白如何将三个粒子（上夸克、下夸克和电子）结合在一起，组成任何一种原子。我们也知道原子如何组成分子、分子如何构成复杂的物体，比如蛋糕或者大象。但我们知道的也只有这么多了。我们对于这一切非常熟悉，从吸汗的内衣到太空望远镜，我们能够制造很多很多东西。我们非常神奇，对吧？

然而，我们不知事物为什么按照现有的方式组成，也不知道它们能不能按照另外一种方式组成。这是宇宙自洽的唯一方式，还是像弦理论学家所预言的那样，存在着10500个不同的版本？

到目前为止，我们并没有在基础的层面上了解宇宙中所有事物组合在一起的原因。这就像音乐，我们明白如何产生音乐，我们会随之起舞，也会一起唱歌，但我们并不明白这为什么会让我们产生愉悦的感觉。宇宙也一样，我们知道它如何运转，但是不知道它为什么要这样运转。

有些人或许认为这样的解释根本就不存在，或者即使存在，我们也永远没法知道或者理解。我们将在第16章讨论这个问题。目前，我们肯定还不具备那样的知识。

现在，假设你是一个很有好奇心的人，你对这个问题真的非常感兴趣。你或许在寻找这个问题的答案，寻找这个答案和那些无用粒子的关联。

好吧，如果想解答宇宙中最基本的“为什么”，我们首先要明白，宇宙在最基本的层面上是什么样子的。也就是说，我们应该将宇宙分解到不能再分解。现实世界最小、最基本的单元是什么？如果那个单元是粒子，那么我们想知道构成这个粒子的粒子的粒子的粒子是什么，直到分无可分。

一旦发现了这样的基本粒子，你或许能够仔细研究一番，由此了解事物为何是现在这样的。这就像在乐高的世界中寻找最小的积木。如果你找到了，那么你将知道每一件东西是如何与其他东西联系在一起的。以同样的方法，你也将了解现实世界深层次的真相，其中说不定就包括暗能量和暗物质的真相。

目前，我们并不确信自己已经知道了宇宙中最小的尺寸。就算我们目前所知的最小微粒不可分，我们也不知道是什么组成了这些乐高积木。但是让人兴奋的是，我们并非全无线索。这是宇宙填字拼图游戏，它很像我们非常熟悉的一个东西：元素周期表。