推荐序

中国科学院高能物理研究所研究员/曹俊

几千年来，“宇宙的本原”一直是哲学家们思考的主题。屈原的《天问》开篇即是：“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？”在他看来，宇宙之初，天地尚未成形，无人亲眼看见，那人类又怎能把自然运行之道流传下来？又能用什么方法来考证呢？然而，古人所想象不到的是，现代科学正开始以确凿的证据解开这些谜题。最近三十年来，通过三代卫星实验对宇宙微波背景辐射的观测，科学家们精确地考证出，宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸，膨胀至今，可观测宇宙的大小已达400多亿光年。诞生之初，宇宙充满炽热的高能粒子，它们产生、湮灭、演化，遵循的规律可以在实验室的高能加速器中重现出来。最大的宇宙与最小的粒子在这里神奇地联系到了一起。人们终于从哲学的思考中找到了科学的路径来了解宇宙起源。

然而，现代科学只能说刚“开始”解开这些谜题。每当我们有所发现，新的谜题总会如影随形，留下更多“天问”。宇宙中充满未知的“暗物质”，是所有看得见的星系总和的5倍，然而粒子物理的“元素周期表”中却没有它们的位置。1998年，通过观测遥远的超新星爆炸，我们得知宇宙不仅在膨胀，而且并未在引力牵引下减速，反而在加速膨胀。使宇宙加速的神秘力量，我们称之为“暗能量”。整个宇宙处于一种非同寻常的均匀状态，科学家们普遍相信它曾经历了一次非同寻常的“暴胀”，但还未找到直接证据。2012年，人们终于发现了半个世纪之前预言的希格斯玻色子，它赋予所有物质以质量，被称为“上帝粒子”。推动早期宇宙暴胀的力量很可能也来自希格斯玻色子，然而这个希格斯玻色子又与我们发现的似乎并不太一样。宇宙诞生之初，无尽的能量转化为物质，粒子成对产生、成对湮灭，正反物质应该一样多，但今天的宇宙却由物质主宰，找不到反物质的踪影。同样在1998年发现的“中微子振荡”现象，也许能解释为什么反物质在138亿年前消失，为地球和人类的诞生创造了稳定的条件。

本书的作者村山齐教授在粒子物理和宇宙学上都有极为透彻的理解，不仅是著名的理论物理学家，而且是一位深受欢迎的科普大师，善于把最深奥的东西用最浅显的语言讲明白。无论是学术报告还是科普报告，他的演讲总是能从头到尾抓住听众。本书也是如此，从宇宙的起源，到物质最基本的构成，以及主宰万物的四种力，最后回到宇宙之谜，抛开复杂的数学和枯燥的论证，娓娓道来，引人入胜，只要具备中学的基础就能看懂。

在书中，村山教授对日本科学家在探索这些科学奥秘中的贡献有所侧重，固然有唤起日本读者共鸣的意图，但平心而论，这一连串闪光的名字也的确让人心存羡慕，值得我们认真学习，奋起直追。粒子宇宙学是一个蓬勃发展的科学领域，许多新的科学发现正在重塑我们的观念，许多重大科学问题也许会在未来数十年内一一得到解答。解开这些“天问”的未来科学家，也许正在这本书的读者中。

对不打算从事科学研究的读者，这些关于宇宙和物质本原的前沿科学知识，也是必备的精神财富。正如作者回答“研究这些有什么用”时所说的，“为了让日本变得富足”。不仅是经济上，也包含内心、精神和文化的富足。就像文学和艺术修养一样，科学上的修养，也必然会深刻影响一个人的内心世界。

曹俊