這種先天的好奇心帶領人類走出自家的后院,激勵我們去發(fā)展更復雜的工具,從而將原有的感官延伸到更深遠的地方。它鼓勵我們將批判性的思維技巧和跳躍的想象力結合在一起,去思考這些新工具究竟能告訴我們什么。當我們意識到即將進入一個全新的領域時,冒險旅途中最激動人心的時刻也隨之到來。無論是踏上一片新大陸的海岸,還是在新行星上降落,或是潛入海面以下新的深度,我們都將開始了解原本未知的偉大世界,并為這些勇敢的探索繪制出新的篇章。

宇宙的情況

在對宏觀宇宙和微觀世界這兩個極端尺度的研究中,科學家們都取得了令人吃驚的進展。在亞原子粒子這個最微小的尺度上,粒子物理的標準模型(Standard Model)為我們提供了一個有關常規(guī)物質基本構架的理論基礎。迄今為止,這一堅實的理論經受住了來自各方面的考驗。而在另一個極端,作為宇宙大爆炸模型基石的廣義相對論,也取得了巨大的成功。

對微觀世界(即亞原子世界)的描述,定義了最小的已知物質粒子和它們相互作用的方式——一個原子的終極成分是什么以及是什么力量將它們結合在一起。在實驗方面,我們主要有兩種方法可以探索粒子的世界。第一種方法是對事物進行拆分。物理學家們成功地分解了他們手邊的任何事物,并將所得的結果分門別類歸納起來。對此,他們采用的方式并不怎么溫柔。目前的方法基本上是將兩小塊具有超高能量的物質碰撞在一起,并觀察從這個碰撞中會出現(xiàn)什么——盡管可能只是短短的一瞬。這種方法聽上去很像一個10歲的孩子用鐵錘拆卸錄像機一樣簡單。但幸虧有愛因斯坦的質能方程E=mc2,碰撞中的一些能量可能會被轉換成新的粒子。碰撞的能量越多(即初始粒子以更快的速度沖向彼此),產生的粒子就越重(也更罕見)。所以這里有一點小矛盾——將粒子拆散成小塊需要高速碰撞,但作為回報,碰撞之后的產物卻可能是一些質量更大的新型粒子。

第二種方法是設置一個陷阱,并期待它能捕獲到一些粒子,或是粒子經過時留下的痕跡。為了構造這樣一個陷阱,我們需要一個靶標——粒子可以與之碰撞、耦合或散射的對象。作為粒子捕獲器,靶標可以具有各種各樣的尺寸和成分:一小塊硅晶體,一個容納50 000噸水的水箱,甚至是地球的大氣層。依附在這些靶標上的探測器可以收集和統(tǒng)計耦合的最終產物,標記帶電粒子的出現(xiàn),記錄短暫的發(fā)光或是感應靶標溫度的微小增加。