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《宇宙的不完美进化》

[意] 圭多·托内利 著

何皓婷 译

四川文艺出版社出版

《宇宙的不完美进化》作者圭多·托内利是CMS实验的领导人及发言人。他将科普性与趣味性巧妙结合，用日记的形式，用富有人文色彩的语言向读者展现了这场寻觅上帝粒子的令人热血喷张的科技竞赛。对宇宙起源与进化、上帝粒子的发现历程以及由此对新物理产生的重大影响做出了生动淋漓的记录。帮助读者拨开宇宙进化的迷雾，洞悉万物起源的真相。

>>内文选读：

揭开一个谜题，反生出更多秘密！

我们可以很自然地进一步想象，我们的宇宙只是一个更大现实的一小部分。

我们的可观测范围有限，我们无法与宇宙之外的其他区域进行交流或联系，但我们知道它们可能存在。如果我们承认这个假设，我们的地球就不再是一个特别的奇点了。我们将成为一个由无数宇宙组成的大家庭的成员，有些人估计平行宇宙的数量可达到惊人的10500，即一个1后面跟着500个0 ！

通过这种方式，我们可以想象出一个由大量世界组成的超宇宙世界。有些宇宙可能会有一个长期的演化，在某些方面与我们的宇宙相似，但可能有着完全不同的物理定律。

这些想法非常有趣，它们使我们进一步远离传统观念，这种观念主张人类在宇宙中占有特殊地位。

起初，我们以为一切都围着我们的星球转；然后（费了很大的劲）我们把太阳置于世界的中心。当我们意识到太阳是一个无名星系的次要恒星，它（寿命大约1 000亿年）是宇宙中众多星星之一，我们对于生活在一个独特的宇宙仍感到庆幸，这个宇宙诞生于一场不可重复的名为“大爆炸”的事件。

现在，多元宇宙理论似乎连这些最后的确定性都剥夺了，让我们独自去别处寻找我们在这一切中扮演角色的理由。我们的宇宙隐藏着其他的秘密，这些秘密会动摇我们的确定性和理论。即使是宇宙中最常见的物体——星系。

星系实际上有点像我们，它们喜欢以家庭的形式存在：由数十个或数百个相对接近的成员组成的星系团。

我们已编目了数千个星系。一看到它们，物理学家首先会问自己：是什么将它们连在一起的？答案似乎显而易见：引力。

但当你进行数学运算时，你会发现无法计算。星系的可见质量，即我们可以观测和测量的发光质量，实在是太小了。我们仍然需要假设一种未知和不可见的物质形式来解释这些巨大构造的稳定性。这是一种无处不在的神秘物质：甚至在我们家里。

暗物质的纤维延伸了数十亿光年，就像一个宇宙网，包裹着可见物质集中的微小区域。正是这种神秘物质形式最初的非均质性，才产生了第一批恒星的星团聚合。最新的研究告诉我们，这种看不见的、无所不在的物质占了宇宙总质量的27%。我们周围的物质世界四分之一以上是由这种黑暗而神秘的物质构成的，不得不承认我们对它的构成一无所知是很尴尬的。

自从证明暗物质存在后，理论家们提出了许多可能性。发展出来的理论却截然不同。

超对称是其中最引人注目的理论之一，它受到了物理学家的追捧，因为超对称与暗物质一起，可以为许多其他问题提供一个优雅的解释。

超对称实际上是一系列理论的集合，其假设是：已知的物质是大爆炸产生的原始物质的一部分。该理论预测，每一个已知的粒子都有一个超对称伙伴，一个在各方面都与之类似的粒子，除了质量要重得多且有不同的自旋。

为了避免记忆紧张，物理学家们已经决定——除了少数例外——把这些超对称性伙伴命名为与已知粒子相同的名字，只需在它们前面加一个“超”（S）字。

因此，电子的伙伴被称为超电子，顶夸克的伙伴被称为超顶夸克。为了让一切更吸引人，为了用一种通用的方式来描述超对称理论，我们使用了缩略词Susy，它看起来像一个女孩的名字。

这一理论内在自洽，与所有的观察结果一致，因此必须认真对待它。为什么在我们周围的物质中没有超对称粒子的痕迹呢？很简单：这些粒子在早期宇宙中与普通物质的比例相等。那个白炽的宇宙是一个绝对有利的环境，适合存在如此大质量和高能量的粒子，但是膨胀的宇宙迅速冷却导致了超对称的大规模灭绝。由于无法生存，它们几乎立即解体在普通物质中，因此，我们周围已经没有了它们。除了一个例外。

在寻找暗物质起源的过程中，我们可能会遇到一种我们从未想象过的奇妙物质。好像我们一直将视线停留在地面上，没有抬眼望天。好像宇宙的另一半一直在我们面前，我们却没有勇气去看它。

要想验证这一理论，就必须找到超对称粒子，而到目前为止，还没有人成功。

为什么还没发现呢？这个理论可能是错误的；或者，因为它们的特征与我们迄今为止想象的非常不同。

似乎这一切还不够，最近的一项发现彻底改变了所有的情况。我们已经知道，从大爆炸开始的宇宙膨胀一直持续到今天。事实上，观察星系和星团就足够了：它们距离我们越遥远，离开我们的速度就越快。直到几年前，人们还认为，由于各种物质之间的相互引力，分离的速度会随着时间减慢。

可在20世纪90年代末，对遥远星系的观察表明，它们的速度不是在下降，而是在提升。某种物质加速了星系的分离，这是一种反重力物质，它扩大了一个物质岛和另一个物质岛之间的距离。如果没有新的事件发生，一切都将无限地、越来越快地发展，直到星系间的距离如此之遥远，一切都将被黑暗和寒冷所笼罩。科学家们把这种膨胀的实体称为“暗能量”。这是宇宙的“黑暗面”。

理解我们生活的现实至关重要，新发现的希格斯玻色子和其他难以捉摸的事物一样，也必能开启关于宇宙和物质起源的新知之门，这真是非同寻常。

>>作者简介：

圭多·托内利：意大利比萨大学物理学教授，欧洲核子研究组织大型强子对撞机项目专家组成员，参与并领导多项重要物理研究项目。意大利总统荣誉勋章获得者。同时还荣获基础物理学奖、费米奖等众多专业奖项。《宇宙的不完美进化》一书也获得2017年意大利伽利略科学普及奖。