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1 敲响新物理之门的赌注（第2页）

最令人信服的论点是，过去30年收集的所有数据以一种令人惊讶的方式重现了该理论的预测。

在某些方面，今天仍然可以看到暴胀的结果，令人难以置信的同质性的宇宙背景辐射，低能量光子海洋占据了所有空间，并且保留了生命最初时刻的明确痕迹。宇宙就像化石一样，向我们展示了数十亿年前发生的所有细节。

现在，人类所能想象的最灵敏的仪器正对宇宙背景辐射进行极其详细的研究。到目前为止，卫星已经收集了最精确的数据，如果我们的眼睛能看到普朗克望远镜所观察到的，那么我们就能看到我们上方天空的美妙图像。首先，我们会看到一种难以置信的同质性，这只能通过承认我们周围的一切都是无限小尺度中一个点膨胀的结果来解释。由于宇宙辐射的微小温度波动，我们也会看到颜色的膨胀。这些是万物起源中微小起点的量子波动留下的化石痕迹。简而言之，如果我们能用普朗克望远镜的视角来观察天空，我们就会看到原始真空中那个小角落的图像，它由于暴胀而无限膨胀，形成了我们的整个宇宙。

然而，究竟是什么导致了宇宙暴胀，这仍然是现代物理学中最深奥的谜团之一。

迷失于多元宇宙[10]

如果我们接受宇宙已经经历了一个膨胀阶段的想法，那么没有人能保证我们这里发生的事情到处都发生过。事实上，我们可以很自然地进一步飞跃，想象我们的宇宙只是一个更大现实的一小部分。

我们的可观测范围有限，我们无法与宇宙之外的其他区域进行交流或联系，但我们知道它们可能存在。如果我们承认这个假设，我们的地球就不再是一个特别的奇点了。我们将成为一个由无数宇宙组成的大家庭的成员，有些人估计平行宇宙的数量可达到惊人的10500，即一个1后面跟着500个0！如果是这样，我们就有理由认为，产生膨胀的机制在某种程度上总是活跃的。它可能正在我们宇宙的某个遥远的角落发生。如果在一个微观区域，由于一个未知的原因，推动暴胀的场没有发现最小的势能来平息它的能量，另一个宇宙将从那里诞生，然而，我们却无法与之沟通。

通过这种方式，我们可以想象出一个由大量世界组成的超宇宙世界。在大多数情况下，超宇宙世界中有规律发生的真空微观波动会立即闭合，不会产生任何东西。然而，在某些情况下，这种真空微观波动也会触发形成其他宇宙的膨胀增长；有些宇宙可能会有一个长期的演化，在某些方面与我们的宇宙相似，但可能有着完全不同的物理定律。

目前这些仅仅是推测，离得到实验证实还有很长的路要走。这些想法非常有趣，它们使我们进一步远离传统观念，这种观念主张人类在宇宙中占有特殊地位。起初，我们以为一切都围着我们的星球转；然后（费了很大的劲）我们把太阳置于世界的中心。当我们意识到太阳是一个无名星系的次要恒星，它（寿命大约1000亿年）是宇宙中众多星星之一，我们对于生活在一个独特的宇宙仍感到庆幸，这个宇宙诞生于一场不可重复的名为“大爆炸”的事件。现在，多元宇宙理论似乎连这些最后的确定性都剥夺了，让我们独自去别处寻找我们在这一切中扮演角色的理由。

暗物质之谜

我们的宇宙隐藏着其他的秘密，这些秘密会动摇我们的确定性和理论。即使是宇宙中最常见的物体—星系，也脱离了我们理解的一些基本方面。观察在最外围螺旋星系中恒星的速度，如我们的银河系，不可避免地得出结论：除了可见物质外，它还包括恒星、尘埃、星云以及似乎总是存在于恒星中的大黑洞—这些星系肯定包含大量的未知成分。否则，外围恒星将无法以观测到的速度运动，它们的速度应该要慢得多。其结果是：一种无形的、无法解释的物质，它不发光，因此被称为“暗物质”。它将星系完全包裹住，一种我们完全不知道成分的巨大而稀薄的气体充满了星系所占据的所有空间，并以巨大的尺度充满了周围的空间。

更令人惊讶的是对大型星团的观察。星系实际上有点像我们，它们喜欢以家庭的形式存在：由数十个或数百个相对接近（当然，以宇宙规模衡量）的成员组成的星系团。我们已编目了数千个星系。一看到它们，物理学家首先会问自己：是什么将它们连在一起的？答案似乎显而易见：引力，即星系间相互吸引的力量。当你进行数学运算时，你会发现无法计算。星系的可见质量，即我们可以观测和测量的发光质量，实在是太小了。我们仍然需要假设一种未知和不可见的物质形式来解释这些巨大构造的稳定性。这是一种无处不在的神秘物质：在星团中，在单个的星系中，在所有的恒星和行星周围，甚至在此时此刻，在我们周围，在我们家中的房间里。

暗物质的纤维延伸了数十亿光年，就像一个宇宙网，包裹着可见物质集中的微小区域。正是这种神秘物质形式最初的非均质性，才产生了第一批恒星的星团聚合，大约发生在大爆炸之后4亿年。然后第一批星系的演化标志着其他的一切，直到太阳系、行星，乃至最终我们地球的形成。最新的研究告诉我们，这种看不见的、无所不在的物质占了宇宙总质量的27%。我们周围的物质世界四分之一以上是由这种黑暗而神秘的物质构成的，不得不承认我们对它的构成一无所知是很尴尬的。

超对称[11]的魅力

自从证明暗物质存在的证据成倍增加，理论家们提出了许多可能的解释。发展出来的理论彼此截然不同。超对称是其中最引人注目的理论之一，它受到了物理学家的追捧，因为超对称与暗物质一起，可以为许多其他问题提供一个优雅的解释。

超对称实际上是一系列理论的集合，其假设是已知的物质是大爆炸产生的原始物质的一部分。该理论预测，每一个已知的粒子都有一个超对称伙伴，一个在各方面都与之类似的粒子，除了质量要重得多且有不同的自旋（一个属性，在某些方面类似于绕轴旋转，但它是粒子的内在属性，比如电荷）。

为了避免记忆紧张，物理学家们已经决定—除了少数例外—把这些超对称性伙伴命名为与已知粒子相同的名字，只需在它们前面加一个“超”（S）字。因此，电子的伙伴被称为超电子，顶夸克的伙伴被称为超顶夸克。为了让一切更吸引人，为了用一种通用的方式来描述超对称理论，我们使用了缩略词Susy，它看起来像一个女孩的名字。

这一理论内在自洽，与所有的观察结果一致，因此必须认真对待它。为什么在我们周围的物质中没有超对称粒子的痕迹呢？很简单：这些粒子在早期宇宙中与普通物质的比例相等。那个白炽的宇宙是一个绝对有利的环境，适合存在如此大质量和高能量的粒子，但是膨胀的宇宙迅速冷却导致了超对称的大规模灭绝。由于无法生存，它们几乎立即解体在普通物质中，因此，我们周围已经没有了它们。事实上，所有超对称粒子都可能湮灭。除了一个例外。事实上，该理论预测，超对称粒子中最轻的物质是稳定的，它不会衰变成任何东西。这种粒子可能是超轻中微子的超对称伙伴：它被称为超中性子（ralino），它与其他形式的物质基本不会相互作用，但它非常重，可以建立能够产生强烈引力的巨大星团。当我们观察一个星系或星团时，我们可以找到一个解释—将这些巨大的宇宙结构维系在一起的暗物质可能是一种重中性气体，是超对称物质主宰世界的原始时代遗留下来的化石残留物。

在寻找暗物质起源的过程中，我们可能会遇到一种我们从未想象过的奇妙物质。好像我们一直将视线停留在地面上，没有抬眼望天，看看天上的奇观。好像宇宙的另一半一直在我们面前，我们却没有勇气去看它。

要想验证这一理论，就必须找到超对称粒子，而到目前为止，还没有人成功。为什么还没发现呢？这个理论可能是错误的；或者，简单地说，因为最轻的超粒子，大概是超中性子，质量如此之大，即使用最强大的加速器，我们也没有达到产生它们所需的最低能量；或者，因为它们的特征与我们迄今为止想象的非常不同。每一天都可能有新的发现，这将彻底改变我们对周围现实的认知方式。

一定有一种理解的方法

似乎这一切还不够，最近的一项发现彻底改变了所有的情况。我们已经知道，从大爆炸开始的宇宙膨胀一直持续到今天。事实上，观察星系和星团就足够了：它们距离我们越遥远，离开我们的速度就越快。直到几年前，人们还认为，由于各种物质之间的相互引力，分离的速度会随着时间减慢。相反，在20世纪90年代末，对遥远星系的观察表明，它们的速度不是在下降，而是在提升。某种物质加速了星系的分离，这是一种反重力物质，它扩大了一个物质岛和另一个物质岛之间的距离。如果没有新的事件发生，一切都将无限地、越来越快地发展，直到星系间的距离如此之遥远，一切都将被黑暗所笼罩，寒冷将笼罩整个宇宙。

这种扩张推力的根源是什么我们无从得知。也许是一个新的力场，或者是一种我们尚未理解的真空属性，或者是产生暴胀的宇宙初始状态的化石残留物。也许，在暂时平静下来并安静休息了数十亿年之后，它觉醒了，开始再次活动，尽管是轻微地活动。

科学家们对它仍没有丝毫概念，于是就把这种膨胀的实体称为“暗能量”。这种无法更好定义的能量密度非常小，但它最终成为宇宙的主要成分，占总体积的68%。如果我们尴尬地承认我们不知道占宇宙总质量四分之一的暗物质的组成，想象一下科学界不得不承认我们对其余大部分（至少三分之二包围着我们的）事物一无所知而造成的冲击。

简而言之，如果我们把能量和暗物质放在一起考虑，宇宙的黑暗面，也就是我们所不知道的，是迄今为止最重大的部分。在这一点上，即使持最怀疑态度的人也不得不承认，我们的无知是巨大的：我们周围95%的东西对我们来说完全地、绝对地无法理解。

一定有一种理解的方法。我们知道，在宇宙背景辐射的某个地方，留下了宇宙生命最初时刻的痕迹，尽管现在难以察觉。这些痕迹可以详细地告诉我们今天看起来如此神秘的一切，但它需要比最现代的仪器高100倍甚至1000倍的灵敏度。

更不用说捕捉以引力波形式发出的更难以捉摸的信号的可能性。信号如此微弱，它们得以逃脱几十年来用极其精密的设备进行的系统性捕捉。我们每个人都梦想着发明新技术来记录这些信号，或者发现新的信号，以便破译宇宙持续诉说其诞生的轻声低语。

像大型强子对撞机这样的粒子加速器就是这个伟大项目的一部分。理解我们生活的现实至关重要，而关于新发现的希格斯玻色子仍有很多可说的。和其他难以捉摸的事物一样，一个单一的粒子，竟然能够开启关于宇宙和物质起源的令人惊讶的新知识之门，这真是非同寻常。

每个科学家，至少有一次，都曾幻想过那个神奇的时刻，在那一刻，他站在标志着我们知识边界的深渊边缘，设法看得更远。他幻想着他所看到的，此刻只有他自己知道，他所看到的这一切将深刻地改变我们所有人对世界、生活、社会和未来的愿景。为这个梦想奉献一生是值得的。

[3]　uonSolenoid，紧凑渺子线圈，欧洲核子研究组织（）的大型强子对撞机（LHC）两大通用型粒子侦测器中的一个。

[4]　AToroidalLHCApparatuS，超环面仪器，超环面仪器，欧洲核子研究组织（）的大型强子对撞机（LHC）两大通用型粒子侦测器中的一个。

[5]　短篇小说《老实人》写于1759年，是伏尔泰哲理性讽刺小说的代表作。

[6]　ilBigBang，即“大爆炸宇宙论”，也叫“宇宙大爆炸理论”，是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。

[7]　宇宙背景辐射（ilfondodiradiazioneica）又称为“宇宙微波背景辐射”（CMBR）或“遗留辐射”，是来自宇宙空间背景上各向同性的微波辐射。

[8]　绝对零度是热力学的最低温度，是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度。绝对零度是仅存于理论的下限值，其热力学温标写成K，等于－273。15℃。

[9]　Elalucefu出自《圣经·旧约·创世记》。

[10]　多元宇宙是一个理论上无限个或有限个可能宇宙的集合，包括了一切存在和可能存在的事物：所有的空间、时间、物质、能量，以及描述它们的物理定律和物理常数。多元宇宙所包含的各个宇宙被称为平行宇宙。

[11]　超对称是费米子和玻色子之间的一种对称性，该对称性尚未在自然界中被观测到。物理学家认为这种对称性是自发破缺的。