宇宙是什么

5. 从物质本原迫近宇宙起源

  不过，对于“衔尾蛇”喉部的障碍，我们并非完全无计可施。

  “衔尾蛇”吞食着自己的尾巴。这样的话，我们也许可以用其他方法观察蛇头的内部。之前我们是沿着蛇的躯体直接去探索蛇头的方向，这次不妨反向而行，通过探索蛇尾来观察蛇头。我们用望远镜无法看到的蛇头，肯定在蛇尾处张着大嘴等着我们。

  现在，终于轮到“基本粒子物理学”登场了。

  宇宙“厚墙”之后的早期宇宙空间中，是各种以高能状态运动的基本粒子。虽然我们无法直接观测这些粒子，但可以在地球的实验室中研究它们。现代基本粒子物理学，就是探索望远镜无法看到的宇宙初期情况的研究领域。

  当然，基本粒子的研究的最初课题并非“宇宙的起源”，而是“物质的本原”。基本粒子研究认为，所有物质应该都存在某种共通的“基础之物”。

  例如，古希腊哲学家泰勒斯认为“万物由水构成”，这是约公元前6世纪的观点。在泰勒斯之后的约200年，亚里士多德提出了一切物质均由“土、水、气、火”这四种元素构成的主张。亚里士多德的老师柏拉图则提出了“理念”（Idea）才是真实存在的理念论。同样是哲学家，他们对这一问题的思考却相去甚远。

  其中，与现代基本粒子物理学相通的观点，是由比亚里士多德时期稍早的哲学家德谟克利特提出的。他认为所有物质都仅由一种“粒子”构成，并将其命名为“原子”（Atomon）。

  “Atomon”即后来的“Atom”一词的词源，意为“不可再分”。泰勒斯和亚里士多德都将自己熟知的物质作为“物质的本原”，而德谟克利特则不同，他构想了一种看不见的粒子。基本粒子物理学家经常预言存在未知的粒子，或许可以说，德谟克利特是该领域的第一位“预言者”。

  不过，人类经历了漫长的岁月才真正发现德谟克利特所预言的“原子”。直到17世纪，在被提出时并未受到多少关注的“原子论”重新登上了历史舞台——德谟克利特提出的“原子论”，在两千年之后枯木逢春。

  17世纪，炼金术在欧洲盛行。在炼金术的经验中，人们发现存在一些无法用其他物质合成出来的物质，例如金和银等。罗伯特·波义耳（波义耳定律的提出者）将这些物质命名为“元素”。他认为种类不同的元素是由不同种类的原子构成的。

  19世纪初期，约翰·道尔顿和阿莫迪欧·阿伏伽德罗提出了新的观点，即元素由质量不同的原子构成，不同原子结合成分子。这种关于不可见领域的观点，在当时招致了怀疑。虽然现在任何人都觉得这是常识，但在当时这是令人震惊的新学说。

  之后，关于“物质的本原”的研究不断发展。从原子由原子核和电子构成，到原子核由质子和中子构成，再到质子和中子可以继续分为夸克……宇宙大爆炸理论出现后，“物质的本原”研究开始与“宇宙的起源”研究连接在一起。

  例如，用万有引力定律将“天上和地上的物质”统一的牛顿，也曾研究过让原子结合在一起的作用力究竟是什么。但是，他并没有把“物质的本原”与“宇宙的起源”关联起来。这是因为在牛顿的时代，“稳态宇宙理论”（认为宇宙不会发生任何改变的观点）是人们对宇宙的常识。