1 俄罗斯套娃——粒子的世界

1911年 一位 叫C T R  威尔逊 的英国科学家，经常跑去山顶研究云层的结构，他突然想到应该有简单的方法。回到剑桥的卡文迪许实验室，他建起了一个人工云室，可以创建一个云层模型。

意外发生了：

当威尔逊使一个a粒子加速通过云室制造人工云团的时候，它留下一条明显的轨迹。他刚刚发明了粒子探测仪，并提供了令人信服的证据，证明亚原子粒子确实存在。

当时科学家都在追求制造功率更大功率的对撞机。

欧内斯特 劳伦斯 造出了著名的回旋加速器。人们发现了无穷无尽的粒子或粒子族。pai 介子  mu 介子， 超子，介子， K介子，希格斯玻色子，重子、超光速粒子。

今天的加速器如 超级质子同步加速器，大型正负电子对撞机，大型强子对撞机，相对论性重离子对撞机。一个粒子在不到1秒的时间里能沿着️公里长的隧道绕上47000圈。

粒子不但个头很小，速度很快，而且转瞬即逝。有的粒子几乎捕捉不到，每一秒钟，就有1万亿亿亿个微小的、几乎没有质量的中微子抵达地球。为了捕捉几个粒子，科学家需要在地下室（通常是废矿井里）用容器盛放多达57000立方米重水（即含氘相对丰富的水）。

中微子确实有质量，但是不大——大约是电子的一千万分之一。寻找的东西的大小，往往与所需设备的大小成反比关系。欧洲核研究组织有一排比埃菲尔铁塔还要中的磁铁，周围有一条大约26公里长的地下坑道。把粒子变成夸克需要更多的电和更多的钱,几万亿瓦电和相当于一个中美洲小国的预算。

20世纪80年代，德克萨斯州附近开始建设一套超级超导对撞机，这台机器要把粒子甩进一条84公里长的隧道，达到实在令人吃惊的99万亿瓦功率，但是费用高达80亿美元(最后增加到100亿美元），每年的运行还要花上几亿美元。美国国会为此花掉了20亿美元，然后建成了一条22公里长的隧道以后取消了这项工程。现在克萨斯人可以位拥有一个全宇宙代价最高的地洞而感到自豪。

总而言之，粒子物理是个花钱很多的事业。卡尔萨根在《宇宙》说，要是你钻进一个电子深处，你会发现它本身就是一个宇宙。宇宙中的宇宙，永无尽头。

2 亚原子的世界

20世纪60年代，加州理工学院物理学家默里盖尔曼诗图把事情简化一下，发明了一种新的粒子分类法，用强子来指受强核力支配的质子、中子、和其他粒子，所有的强子都是由更小的，甚至更基本的粒子组成的。

亚原子世界，标准的组成成分是6种夸克，6种轻子，5种已知玻色子和1种假设的玻色子（即希格斯波色子），加上四种物理力种的三种：强核力、弱核力、电磁力。

夸克由名叫胶子的粒子粘合在一起，夸克和胶子一起形成了原子核的材料，即质子和中子。

轻子是电子和中微子的来源。

夸克和轻子统称为费密子。

玻色子是产生和携带力的粒子，包括光子和胶子。

这个模型虽然有点笨拙，但是这是可以用来解释粒子世界全部情况的最简单的模式。这个标准模型，没有谈到引力，也不能解释质量。物理学家，把什么都扯在一起，结果想出了一种所谓的超弦理论。

3 超弦理论和M理论

这种理论假设，以前我们认为是粒子的夸克和轻子，实际上都是“弦”，振动的能量弦，他们在11个维度中摆动，包括我们已知的三个维度，加上时间，以及别的7个维度。，这种弦非常小，次奥到可以被看成点粒子。

通过引入额外的维度，超弦理论使科学家能把量子定律和引力定律相对比较融洽的合在一起。

物理学家米奇奥卡库是这样从超弦理论的角度来解释宇宙的结构的：

杂弦由一根闭合的弦组成，它有两种振动模式，顺时针方向和逆时针方向的，要以不同的方式来对待。顺时针方向的振动存在于一个10维空间。逆时针方向的振动存在于一个26维的空间，其中有16维已经紧致化了。

M 理论

超弦理论又进一步产生了所谓的M理论，该理论把所谓的“膜”的面，纳入了物理学世界。

4 宇宙的总质量

2003年美国国家航空航天局利用一种名叫威尔金森微波各项异性探测器的新型卫星，宣布宇宙的年龄是137亿年，误差是1亿年。

近来有人提出一种很有意思的理论，认为宇宙根本没有我们原来以为的那么大，我们看到的所有星系，也许只是映像，是反射的光产生的幻影。

实际上，很多东西我们不知道，甚至在基本的层面上，尤其是不知道宇宙是怎么构成的。当科学家计算使东西保持在一起所需的物质的量的时候，结果总是发现远远不够。宇宙至少90%，也许多达99%，的“暗物质”组成——那种我们看不见的东西。

我们生活在一个多半连看都看不见的宇宙里，却毫无办法。据说他们不是WIMP（“弱互相作用大质量粒子，即大爆炸留下的看不见的微小物质。”）就是MACHO（“晕状大质量致密天体”，实际上只是黑洞、褐矮星和其他光线很暗的恒星的另一种说法）

矛盾。粒子物理学家赞成解释为粒子，WIMP，天体物理学家赞成解释为星体，但是天体物理学家找不到足够的星体，而WIMP又从来没有发现过。

即使把一切的粒子、射线算进去，宇宙的总质量还是差三分之二，我们把它称为某处未知非反射不可测物体。宇宙膨胀的速度越来越快，因此我们可以推测宇宙不仅充满暗物质，而且充满暗能量，科学家称为真空能，或者第五元素。

该理论认为，空空荡荡的太空其实并不空空荡荡——物质和反物质的粒子在不停的产生和消失，使他们在把宇宙以越来越快的速度往外推移。

令人不可思议的事，解决这一切恰恰是一个“一生中最大的失误“——爱因斯坦的宇宙常数，现在看来，他毕竟还是对的。

总结：

我们生活在一个宇宙里，它的年龄我们算不清楚，我们的四周都是恒星，他们到我们的距离，以及他们彼此之间的距离我们并不完全知道；宇宙里充满了我么无法识别的物质；宇宙在按照物理学定律运行，这些定律的性质我们并不真的理解。