这不是科学幻想小说。它是我们关于宇宙如何始于“热大爆炸”的最佳理论,而且有可靠的证据支持它。
天文学家能够测量到随宇宙不断膨胀而迅速后退的遥远星系。他们能够探测余辉,而在这次膨胀前它已被冷却到绝对温度零上3度。
但是,我们怎么能够知道宇宙初期的模样呢?天文学家们能够用望远镜来追溯时间。这是因为其他星;球和星系的光传到我们的眼中需要经历时间,甚至太阳光射到地球上也需用8分钟。当天文学家观察到遥远星系时,他们所看见的光是100亿年前发出的,但是,事实上,这是最初爆炸后很久的事情了。
然而,现在,科学家们有另一种方法来追溯时间。这方法就是在实验室里重新创造出在初始大爆炸之后存在的物质。而且,这恰恰就是LEP(大型正负电子对撞机)这样的机器所能做的事情。
当LEP使粒子一起碰撞时,它刹那间就在空间某一点上释放出1000亿电子伏特的能量。这能量比今天宇宙中某一个点的平均能量大一万亿倍。它比较近似于宇宙在温度为一千万亿度时的能量,而且,大爆炸理论告诉我们说,这时适逢宇宙年龄为亿分之一秒。
150亿年后,物理学家们已确定出现过四种主要的力:重力、电磁力、强核力和弱核力。
怎样用结构单元(夸克和粒子)和砂浆(电磁力、弱力和强力)来构造物质,这是用一位理论家的作业工具即所谓的标准模型来加以描述的。这个理论分为两部分——一部分论及强力,另一部分使电磁力和弱力紧密相连。事实上,按照标准模型,这两种力是单个基本的“弱电”力的不同外部表现。
根据这个理论,它们在高温或高能时就变得相同了;正因为我们居住在一个寒冷的宇宙中,因此我们把弱相互作用效应和电磁相互作用效应视为不同了。
用这种方法把两种自然力统一起来,这是标准模型的成功之一。这理论在Z°粒子于1983年在CERN被发现以前十多年就预言了它的存在。现在每天都在生产很多的Z°粒子,因而科学家们就有机会来具体地检验标准模型。他们希望找到两个失踪的部分:t夸克和希格斯粒子(以它的发明者彼得 · 希格斯(Peter Higgs)的名字命名);前者至今无法识别,而后者的存在涉及大量产生W和Z°粒子的机制。
LEP的实验要研究的是物质在达到使这两种力合为一体的能量时的情况。所期望的是它们能提供高能量的窗口:在那里,弱力和电磁力与第三种力(把夸克粒子结合在原子核内的强力)合为一体。但是,理论家们毕竟想找到一种理论,以便把第四种力即重力也结合进去。按照这种理论,全部四种力在初始大爆炸时是一种力。当它允许随着后来的大爆炸而发生演化时,它就可以说明在宇宙中物质是怎样变成今天的模样的。
[International Herald Tribune,1989年11月13日]