科学研究是人类有史以来最有趣的尝试之一,而在我看来,物理学则是最有趣的科学。
公元前392年,炎炎夏日,热浪灼灼——这是7月的一天,可能是星期二,古希腊哲学家、阿夫科拉的德谟克利特宣称,我们目力可见的所有物质都是由共同的、基本的、不可见的成分构成;这些成分小到我们无法在日常生活中看见。
如同大多数伟大的设想一样,这个想法并非完全原创。德谟克利特的老师,米利都的留基伯,可能也有着同样的原子自然观。
两千多年以来,原子论的概念仅仅是一个理论。直到20世纪,这个关于“原子”的奇异观点才被证明是正确的。原子论的观点认为,在宇宙中,所有我们可见的物质都由可识别出的基本组成部分,按照一些可理解的规则构成的,原子论是科学领域中最深刻、最有生命力的观念之一。
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寻找自然的基本组成部分并没有随着 20 世纪对于原子的发现而结束。
原子是可分割的:在原子的内部,存在着原子核和电子;在原子核内部,存在着中子和质子;在中子和质子内部,是分别被称为夸克和胶子的粒子。
或许,夸克并不是原子论观念的终极呈现,人们对于真正的基本粒子的追逐还将持续一个世纪左右。但是,夸克可能就是最基本的粒子!
我们对夸克和其他看似基本的粒子的认知,为我们提供了关于这个世界是如何运转的完整图景。事实上,不仅仅是这个世界是如何运转的,更是整个宇宙是如何运转的!
从传统意义上说,对于自然的研究被分为不同的学科:天文学、生物学、化学、地质学、物理学、动物学,等等。但是自然本身就是一个无缝的结构。伟大的美国自然主义者约翰·缪尔就曾经表达过这样的想法,他说:“当我们想要挑选出某个东西的时候,我们会发现,它总是和宇宙中的其他一切相勾连。”
当来自伊利诺伊州巴达维亚费米实验室的唐·林肯和他的同事们探索夸克内部空间时,他们也探索了宇宙的外层空间。夸克与宇宙相勾连,理解自然的基本粒子是理解宇宙这一宏伟追求的一部分。唐·林肯一直提醒我们,这个旅程是从夸克到宇宙的!米利都的留基伯和阿夫科拉的德谟克利特的精神,在巴达维亚的唐身上得到了延续。
唐是来自费米国立加速器实验室(费米实验室)的物理学家,全世界最强大的加速器兆电子伏特加速器就位于这座实验室。目前,唐是费米实验室两次非常大型的碰撞试验之一的成员。此类试验致力于在将质子和反质子加速至接近光速并且相互碰撞之后,研究基本粒子的性质。
唐对于写作的热情不亚于他对物理学的热情。经过多年向非专业人士推广物理学,唐很懂得如何向大众传达最新的粒子物理的重要概念。
市面上已经有了很多关于基本粒子物理的科普著作,大多数在传达我们对于基本粒子的认知方面做得非常出色。唐·林肯在《从夸克到宇宙:用粒子物理打开世界真相》这本书中则更进一步,他不仅告诉读者我们知道了什么;还阐述了我们是如何知晓的,以及更重要的、我们为什么要知道这些!
在遥远而模糊的远古时代,我们的祖先仰望天空,沉思着:“为什么呢?”
在这一点上,我们与那些早期的真理探索者并没有什么区别。
沿着这条始于 2500 多年前的道路,我们探索了宇宙的“为什么”,在这过程中不仅加深了我们对宇宙的理解,也完善了我们提出和回答问题的方式。
事实证明,我们的现代科学方法是迄今为止让我们获取真相的最有效的方法。在这方面,我们已经走过了一条漫漫长路。然而,仍然还存在着很多不确定性。只有通过不断努力,我们才能继续探索未知领域。并非仅仅对于粒子物理学和宇宙学领域是如此对于其他所有的科学领域也是一样。
我坚持认为,科学研究是重要的,而且对于人类的进步来说,也确实是必要的。医学领域的研究可以改善健康,延长寿命。遗传学研究可以提高农作物的产量,并减少对农药的需求。以目的为导向的研究的例子很多,它们会带来的好处是显而易见的。
唐·林肯
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《从夸克到宇宙》同样也是一段关于参与粒子物理科学发展的人们的传奇史诗。
唐在书中讲述了1957年1月4日,一个重要的实验是如何由物理学家们在纽约的上海咖啡馆享用蛋卷午餐时被构思出来的。他还描述了正在进行的实验中,500位物理学家们是如何合作 的—当然他本人也是实验组的成员之一。伟大的发现不仅仅是由复杂的探测器、仪器和计算机完成,更为复杂的人类活动在其中的作用不可忽略。
我希望读者们在阅读本书时享受到的乐趣和我写作此书时一样多。
唐·林肯
科学是一种激情。纵情而为。时刻研究。时刻学习。时刻提问。否则,激情熄灭,你的内心也会渐渐死去。
因此,我们需要不断地压榨我们的大脑,以找出知识链的下一步是什么,那将使我们继续深入了解宇宙的知识。
如果你想知道是什么使得科学家们多年以来为世界上最复杂的实验而呕心沥血,请翻阅此书,继续读下去吧!
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