物理世界奇遇记-第36部分
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起来很有前途。它提出一个问题：如果把被交换的中介粒子（如
胶子、光子、Ｗ粒子和Ｚ０粒子）当作一方，而把进行交换的粒
子（夸克和轻子）当作另一方，那么，这双方之间的差别是不是
真的像我们过去所表达的那么泾渭分明？
最后，我还想提一提超弦的问题，这种理论认为，基本粒子
（夸克和轻子）虽然表现得好像是点状物，但它们事实上并不是
点，而是非常微小的“弦”。预计它们小得无法置信，其长度不
大于10…34米，但却起着非常重要的作用， 它们并不是我们过去
所想象的那种简单的点。
大家都知道，现在我门正带着最后这几个课题到臆想王国中
去闯荡。其中是不是有哪个理论在将来某个时候会得到认可，并
像今天的标准模型那样成为定论呢？对此，目前谁也不敢说什么。
我们只有拭目以待。
（乔治？伽莫夫、罗素？斯坦纳德《物理世界奇遇记》最新版，湖南教育出版社2000年）
１７ 尾声
这是个酷热的夏日——在户外的花园里坐坐是最理想不过了。
不过，现在黄昏正在降临。由于光线不足，汤普金斯先生放下了
他在阅读的那本书。
“你在做什么？能让我看看吗？”他向慕德问道。她坐在他
旁边，正在画些什么。
“我跟你说过多少次了，我不喜欢把还没有完成的工作拿给
别人看！”她回答说。
“在这样暗的光线下，你会把眼睛弄坏的。”他补充说。
她抬起头来：“要是你一定想知道，我就试一试把我关于这
座雕塑的想法告诉你。”
“谁的雕塑？”
“为那个实验室设计的雕塑。”
“什么实验室？你都在说些什么呀？”
“就是我们参观过的那个实验室啊……”她停了一下，然后
接着说，“啊，亲爱的，我忘了告诉你啦，实在对不起！那天在
你到护士那里去包扎伤口的时候，我同公关部的头头里奇特先生
聊了起来——只是为了消磨时间等你回来。我开玩笑地对他说，
他应该在前院——参观中心的外面——树立一座雕塑。他说，他
自己也常常想到这一点。我顺便把我的工作告诉他。他似乎对烧
焦的东西（用喷灯烧焦的）特别感兴趣。他认为这种东西可能有
助于人们理解高温、高能、猛烈碰撞和诸如此类现象的意义。所
以，这座雕塑应该作为那里所进行的那类工作的象征。它不能只
是任何一种常见的老一套的雕塑。”
“那么，你是说，你已经得到建造这座雕塑的委托了？”汤
普金斯先生兴奋地问道。
“天啊，不！”慕德笑了，“现在还没有。我得先画出草图，
提出我的想法，估定资金预算。他们也可能让别人试一试。咱们
只有等着瞧啦。对于我关心物理学这件事，他似乎很感兴趣。他
认为这有助于我提出一些中肯的意见。当然，他已经知道我爸是
什么人，这对我也有好处。”她笑了起来。
她把她的草图放在一边。两人一起凝视着夜空刚出现的第一
颗昏星。
“你有没有想一想，你放弃物理学这件事是不是做对了？”
汤普金斯先生问道。
她想了片刻：“像那样一次参观，确实会叫人去好好想一想，
要不要做些像抢占科学前沿和诸如此类的事。不，这不是真的。
啊，我敢肯定他说，我有很多时间可以参加那样一种领域的工作
——一切都非常富有魅力，非常引人入胜。但是，我不知道我能
不能做到。参加一些巨大的研究组，进行一些按原设计要花５年、
６年或者７年才能完成的实验……我想，我是没有耐心去做这种
事的。”
“我就一直忘不了那家伙——那台加速器。它实在是太大了。”
汤普金斯先生喃喃他说，“想一想也觉得可笑：你想去考察的物
体越小，你所需要的机器却越大。”
“我觉得可笑的是，为了了解物质的最小组成部分，你却得
去考察整个宇宙。反过来也是这样，认识宇宙的关键，却在于考
察其最小组成部分的性质。”
“你这话指的究竟是什么？”
“我指的是全部研究早期宇宙中的对称自发破缺的工作。而
这一切全部牵涉到宇宙暴胀理论，它说明了为什么宇宙的密度接
近临界密度的原因。你知道，我曾经同你说过这件事，别告诉我
你已经忘了。”
“不，不！我还记得。不过，我不敢肯定我是不是已经弄清
了它们之间的关系……”汤普金斯先生显得有点茫然。
她接着往下说：“你回想一下，在谈到使各种作用力呈现出
它们各自不同的性质的相变时，爸爸是怎样说的。他说，那有点
像形成冰晶体时的情形。”
他点点头表示同意。
“好了，在水冻结成冰时所发生的一件事，就是它发生了膨
胀，宇宙的情形也是这样：随着它的冷却，同样发生了相变，这
时宇宙便进入了一种超速膨胀状态——我们管它叫做‘暴胀’状
态，然后，膨胀的速度逐渐减慢，直到变成我们今天所看到的膨
胀方式。暴胀的时间只持续了10…32秒， 但它绝对是至关紧要的，
正是在这段时间内产生了宇宙的绝大多数物质……：’
“对不起，”汤普金斯先生打断了她的话，“绝大多数物质？
可是我认为，宇宙中的全部物质都是在大爆炸的瞬间产生的呀。”
“不，在最开始时只有一小部分物质存在。大多数物质都是
在那瞬间以后的极短暂的时间内产生的。”
“这是怎么回事呢？”
“听着，你当然知道当冰变成水时会释放出能量——熔化潜
热。在发生暴胀相变时也是这样：它同样会释放出能量，而这些
能量就用于产生物质。不仅如此，当时产生物质的机制，又正好
使得所产生物质的数量恰巧能达到临界密度。你已经知道临界密
度的意义有多么重大了。”
“是的，临界密度控制着宇宙的未来。”汤普金斯先生答道，
“星系的膨胀速度将不断减慢，直到最后完全不再膨胀，不过，
那是非常非常遥远的将来才会发生的事了。”
“说得对！所以说，无论是想知道宇宙物质的起源，还是要
预测宇宙遥远的未来，关键都在于了解基本粒子物理学，也就是
微观物理学。此外，我们还知道，要想得出密度达到临界的结论，
目前宇宙中的大部分物质必须是暗物质。这种物质是由什么东西
构成的，我们现在还不知道。它可能是中微子获得了质量而产生
的结果。另一种可能性是：它有一部分是由大爆炸时，各种相互
作用中遗留下的某些未知的、具有质量的弱相互作用粒子组成的。
我们目前只希望通过对高能物理学的研究，能够解答上面这些问
题。”
“我明白你的意思啦。”
“而从另一个意义上说，这种交叉研究的做法同样是很起作
用的。要想检验基本粒子在大统一能量中的表现，惟一的办法就
是找到它们在大爆炸早期的行踪，因为在宇宙的整个历史中，只
有在那个时候才存在（或者即将存在）那种大统一能量。”
汤普金斯先生思考了片刻。
“把一切事物联系在一起，这种做法确实太重要了，”他心
满意足地咕哝说，“原来，我在那一系列讲座中学到的东西全都
是有联系的：基本粒子同宇宙学，高能物理学同相对论，基本粒
子同量子理论。我们生活的这个世界是多么奇妙啊！”
“在你列出的清单上，还可以添上宇宙学同量子物理学。”
慕德说，“你回想一下，量子物理学是在最小的范围里才起到最
大的作用，而宇宙在开始时就是很小的。所以在最最开始时，负
主要责任的就是量子物理学。
“就拿宇宙微波背景辐射来说吧。乍一看来，这种辐射似乎
是均匀的，也就是说，它在各个方向上全都相同。但是，这种看
法并不十分正确。如果这种辐射是完全均匀的，那就意味着，发
出这种辐射的物质也必定是均匀的。但是，事情却不是这样。如
果在物质密度的分布中丝毫没有一丁点儿不均匀性，那么，也就
不存在任何凝聚中心可以使物质后来围绕着它们形成星系和星系
团。事实上，不均匀性是存在的，其程度大约是十万分之一，非
常小，但却至关紧要。正是这样小的不均匀性，为宇宙安排下大
规模结构的图形，使宇宙中出现了星系团和超星系团，以及星系
本身。
“目前有一个难以判断的问题：是什么东西在控制这种原始
不均匀性的分布呢？由于宇宙的尺度在开始时非常之小，人们便
想到，这种不均匀性必定是在量子涨落中产生的。如果一旦能证
明，整个宇宙的大规模结构确实是这种最为微小的涨落方式的反
映，那就真的太振奋人心了……”
她的声音逐渐低下来——从旁边靠椅上传过来的平稳的鼾声，
提醒她不必再继续说下去了。
加速器 一种利用电场对带电粒子进行加速的机器。粒子的
径迹常常由磁场弯曲成圆形。见同步加速器。
α粒子 由两个中子和两个质子结合在一起而组成的氦原子
核。
反粒子 每一种粒子都有它的反粒子，反粒子的质量和自旋
与粒子相同，而某些其他性质，诸如电荷、重子数、奇异性、轻
子数等等，则具有与粒子相反的值。
原子 有一个原子核，其周围围绕着电子云。
重子 由三个夸克组成的强子。
重子数（Ｂ） 一种用来标识基本粒子的量子数，例如，夸
克的Ｂ＝＋１／３，而反夸克的Ｂ＝－１／３。
大爆炸理论 一个己得到公认的理论，按照这个理论，宇宙
是在大约１２０亿年前由一个能量密度极大的点爆炸而产生的，
从那个时候开始，宇宙就一直在膨胀和冷却。
黑洞 由万有引力场产生的一个物质高度凝聚的区域，其引
力强度极高，以致就连光线也无法从这个区域逃逸出去。
底数（ｂ） 一种用来说明有多少夸克带有底味的量子数。
荷 粒子带有若干种不同的（载）荷（电荷、色荷、弱荷等），
它们决定了粒子以什么样的方式与其他粒子相互作用。
粲数（ｃ） 一种用来说明有多少夸克带有粲味的量子数。
化学元素 天然存在着不同的化学元素，每一种元素都有其
独有的原子。各种原子所拥有的电子数及其原子核中的中子数和
质子数都不相同。
色荷 夸克与胶子之间的色力源。色荷分为三种，通常用红、
绿、蓝三色表示。
色力 夸克与胶子之间的作用力。
守恒律 物理学的一个定律，它规定在粒子之间发生相互作
用时，某些量（如电荷、重子数等等）的总数量保持不变。
宇宙本底辐射（背景辐射） 大爆炸火球冷却后的残留物。
它以微波波长的热辐射的形式出现，与它相对应的温度是2．7K。
临界密度 这是标志着宇宙未来可能有的两种不同前景的分
界线的平均物质密度。两种前景是：宇宙或者永远一直膨胀下去，
或者有朝一日膨胀会被收缩所取代。如果宇宙暴胀理论是正确的，
那么�
