这种先天的好奇心带领人类走出自家的后院,激励我们去发展更复杂的工具,从而将原有的感官延伸到更深远的地方。它鼓励我们将批判性的思维技巧和跳跃的想象力结合在一起,去思考这些新工具究竟能告诉我们什么。当我们意识到即将进入一个全新的领域时,冒险旅途中最激动人心的时刻也随之到来。无论是踏上一片新大陆的海岸,还是在新行星上降落,或是潜入海面以下新的深度,我们都将开始了解原本未知的伟大世界,并为这些勇敢的探索绘制出新的篇章。

宇宙的情况

在对宏观宇宙和微观世界这两个极端尺度的研究中,科学家们都取得了令人吃惊的进展。在亚原子粒子这个最微小的尺度上,粒子物理的标准模型(Standard Model)为我们提供了一个有关常规物质基本构架的理论基础。迄今为止,这一坚实的理论经受住了来自各方面的考验。而在另一个极端,作为宇宙大爆炸模型基石的广义相对论,也取得了巨大的成功。

对微观世界(即亚原子世界)的描述,定义了最小的已知物质粒子和它们相互作用的方式——一个原子的终极成分是什么以及是什么力量将它们结合在一起。在实验方面,我们主要有两种方法可以探索粒子的世界。第一种方法是对事物进行拆分。物理学家们成功地分解了他们手边的任何事物,并将所得的结果分门别类归纳起来。对此,他们采用的方式并不怎么温柔。目前的方法基本上是将两小块具有超高能量的物质碰撞在一起,并观察从这个碰撞中会出现什么——尽管可能只是短短的一瞬。这种方法听上去很像一个10岁的孩子用铁锤拆卸录像机一样简单。但幸亏有爱因斯坦的质能方程E=mc2,碰撞中的一些能量可能会被转换成新的粒子。碰撞的能量越多(即初始粒子以更快的速度冲向彼此),产生的粒子就越重(也更罕见)。所以这里有一点小矛盾——将粒子拆散成小块需要高速碰撞,但作为回报,碰撞之后的产物却可能是一些质量更大的新型粒子。

第二种方法是设置一个陷阱,并期待它能捕获到一些粒子,或是粒子经过时留下的痕迹。为了构造这样一个陷阱,我们需要一个靶标——粒子可以与之碰撞、耦合或散射的对象。作为粒子捕获器,靶标可以具有各种各样的尺寸和成分:一小块硅晶体,一个容纳50 000吨水的水箱,甚至是地球的大气层。依附在这些靶标上的探测器可以收集和统计耦合的最终产物,标记带电粒子的出现,记录短暂的发光或是感应靶标温度的微小增加。