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2019年4
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现代版的“至小”和“至大”
撰文/刘树勇
至小无内,谓之小一;至大无外,谓之大一。
这是先秦思想家惠施(也被尊称为“惠子”,是庄子的朋友)对于“大宇宙”(至大)和“小宇宙”(至小)的看法。这句话与下面要介绍的书名也有一定的关联:夸克和宇宙,竟有着异曲同工之妙。
《从夸克到宇宙:永无止境的科学探索》一书分为两个部分,“第一部分 向内看”,与“至小”之微粒有关;“第二部分 向外看”,与“至大”之宇宙有关。此书的作者和审校者都是中国科学院高能物理研究所的专家,都有丰富的科研经历和深厚的知识储备,在书中较为全面地介绍了宇宙学相关的理论—粒子物理学的知识,以及二者巧妙的联系。正像书中“宇宙圈”的示意图—蛇的尾巴衔在它的口中那样,今天,这幅图已经成为现代科学把宇观-宏观-微观的世界统一起来的一个象征,尺度跨越了五十多个数量级。而在这样巨大的范围,物理学的理论竟然能发挥着作用,可见物理学的神奇。
那么,物理学在如此大的范围之内怎样发挥其作用呢?毫无疑问,该书的作者正是要展示这样的一幅画卷。除了这幅“画卷”的幅度之大之外,作者还有细节上的尽力铺陈,向读者普及从原子到更基本的粒子、从引力理论到大爆炸理论的知识,内容极其丰富。
从现代科学,特别是现代物理学的发展中,有一部分的内容已经远离人们熟知的经验,要了解一些诸如量子或大爆炸之类的概念,需借助一些想象才能理解。对于读者来说,这样的理解过程也是很有意义的。
书中涉及的新发现紧贴研究前沿。如借助空间探测器已精确地验证宇宙微波背景辐射,与之相关的研究工作也是这些年的热门,其中两位科学家在2006年获得诺贝尔物理学奖。对于现代的粒子研究中的标准模型,从实验工作中已找到这个模型预言的最后一个粒子—希格斯粒子,在2013年向希格斯颁发了诺贝尔物理学奖。作者还大篇幅介绍了中微子的研究历程,特别是着重介绍了中国科学家研究中微子取得的突出成绩。当然还有引力波的探测,3位科学家获得了2017年的诺贝尔物理学奖。
人类的认识之所以有如此进展,与人们重视其基础研究有很大的关系。对此,作者指出:“不间断地、越来越深入地认识人类外部世界是人类文明进步的重要标志。”这种文明的表现是有目共睹的,而且我们深受其益,例如,手机就集成了大量的科技知识,或多或少地与这本书中的内容有所关联。正是这种知识“由于对物质的不断认识,所开发的越来越高级的设备与技术,对国民经济所需要的各种高科技也起到推动作用”。作者旨在说明,基础研究不可忽视,特别是像中国这样的大国,对于科技的发展应该有所担当。