在过去的一个世纪里，基础物理学取得了飞跃式的进展——而正如一部生动的科学史所展示的那样，这些进展源自学者们强烈的个性，也常常源自他们对自身健康及安全的全然漠视。
位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）的CMS探测器，研究人员在此发现了希格斯玻色子存在的证据
《简约中的优雅：通往希格斯玻色子和新自然法则之路上的美、真理和奇迹》（Grace in All Simplicity: Beauty, Truth, and Wonderson the Path to the Higgs Boson and New Laws of Nature），罗伯特·卡恩、克里斯·奎格著，飞马出版社2023年11月出版
在《简约中的优雅》一书中，粒子物理学家罗伯特 · 卡恩（Robert Cahn）和克里斯 · 奎格（Chris Quigg）带领读者亲身体验了人类探索自然和物理定律的旅程。这是一场冒险故事般的科学之旅，一部有着丰富科学内容的轻松民间史——从山顶上的冒险实验到埋在深洞中的机器，从18世纪绅士科学家的偏好到现代粒子物理学中庞大、精心协调的合作，无所不包。
两位作者将这本书描述为他们推荐的领域导览路线。阅读这本书就像是被他们领着参观他们的家乡一样，穿过建筑物、跳过栅栏，而不是沿着主干道走。这样走可能会慢一些，但更难忘、更有趣。
该书提供了一种真实可信的视角，而有资格提供此类视角的人并不多见。作为该领域的领军人物，卡恩和奎格亲历了他们所叙述的许多近期发现。他们见过像保罗 · 狄拉克（Paul Dirac）这样的科学巨人，狄拉克预言了反物质的存在，并帮助创立了量子力学。他们描述英雄和同事的方式是你期望在会议酒吧听到的那种回忆之语，而这类回忆很少会被记录下来。
卡恩和奎格生动地描述了18世纪早期探索电力的尝试在许多方面有多么令人震惊。法国化学家查尔斯 · 弗朗索瓦 · 杜菲（Charles Fran?ois du Fay）将自己悬挂在丝线上，并让自己载满静电。当他的助手接近时，杜菲身上喷出了“阵阵火花”。
20世纪20年代，科学家试图分解原子。“如同冒险家一般漠视个人安全”的德国物理学家阿诺 · 布拉什（Arno Brasch）、弗里茨 · 朗格（Fritz Lange）和库尔特 · 厄尔班（Kurt Urban）做了一件惊人的事。这三位科学家希望在两座瑞士山峰之间悬挂一张1.6千米长的电网，以从雷暴中捕捉数百万伏的电压。他们的半尺寸原型成功地引来了闪电，但在1928年，他们的研究因厄尔班从50米的高处坠亡而告终（厄尔班可能是被闪电击中了）。
两位作者描述了包括朱塞佩 · 奥基亚利尼（Giuseppe Occhialini）在内的科学家如何通过宇宙射线（来自太空的高能粒子）来研究亚原子粒子。这位意大利实验家“不仅对物理有着敏锐的嗅觉，还懂得如何生活”。20世纪40年代，奥基亚利尼放着比利牛斯山脉一座天文台里的实验不管，让它自行收集了一个月的数据，自己则跑去登山。
我们了解到量子理论的发展历程，以及发现反物质和基本粒子（包括赋予基本粒子质量的希格斯玻色子）的前因后果。卡恩和奎格捕捉到了理论物理学家大胆的抽象思维，比如解释了粒子群和内部结构的默里 · 盖尔曼（Murray Gell-Mann）。这些研究人员根据粒子的性质将粒子排列成模式，然后假设这些模式产生于看不见的微小组成部分——夸克——作者称这个想法“简单得不真实”。就连盖尔曼本人也承认这有些牵强。他认为夸克是有用的“数学虚构”，并表示，认为它们可能真实存在的想法是“愚蠢的”。这种看法在1974年发现含有粲夸克的粒子时发生了变化。从那时起，“夸克变成了现实”。
目击者叙述
个人回忆为这些故事增添了色彩。奎格记得在一次研讨会后，他向狄拉克提出了一个关于后者对正电子（电子的反粒子）之预测的不敬问题。狄拉克“讽刺地皱起了一边眉毛”作为回应。在一次暑期工作中，卡恩对一台洗衣机的一部分进行了再利用，与未来的诺贝尔奖得主理查德 · 泰勒（Richard Taylor）共同做了个实验。
书中的主题和时间线四处跳跃，这可能会让读者感到迷惑，但科学自身却坚定地进步着。奎格和卡恩在书中穿插了对宇宙学、暗物质和暗能量的讨论，对超导、化学、弦理论、多元宇宙也有所涉猎，甚至还聊了聊头足类动物的眼睛，用以引入望远镜的话题。
1928年，瑞士杰内罗索山，用来捕捉闪电的原型装置
书中的每一次洞察都扩展了我们的理解。现象被发现、研究、分类，然后引出更深层次的问题，展示更深层次的联系和原理。科学通过重新利用、挪用并保留那些符合实验数据的观点来进步，而本书正是对这种“厚颜无耻”的方式的极好总结。
两位作者非常出色地展示了科学史中的“人”。许多名字或许对读者而言耳熟能详，但卡恩和奎格捕捉到了这些人物的个性。欧内斯特 · 卢瑟福（Ernest Rutherford）在听说自己赢得了英国剑桥大学的奖学金后宣布，他再也不会在新西兰家中的花园里挖土豆了。恩里科 · 费米（Enrico Fermi）在滑了一整天雪后，热切地勾勒出自己对放射性的看法。书中还特别介绍了一些不太知名的科学家甚至还有动物——比如被送进粒子加速器隧道以清除障碍的雪貂费利西亚（Felicia），它是一只“重达一磅半、充满好奇心的鼬科动物”。
奎格和卡恩不加批判地将早期科学家们描绘成了英勇的人物——这些先驱者可能对健康和安全漠不关心（有时甚至致命），但他们对探索未知领域那永无止境的渴望称得上光荣。作者还描述了在他们自己的人生中，在粲夸克被发现之时的一系列疯狂电话、黑板涂鸦和对谁在何时看到了什么的八卦。随着粒子物理实验在复杂性和所需劳动力方面的增长，科学家个人的故事逐渐让位于令人震撼的技术成就清单。这些转变展示了物理学的变化——在研究对象的规模上缩小，在合作规模上扩大，并在工作实践层面转向了虚拟世界。
恰如其分的是，2012年，希格斯玻色子的发现被宣布时，两位作者正在不同的实验室工作（一个在欧洲，一个在美国），但都亲历了这个时刻。他们所在的实验室都并非位于瑞士日内瓦附近的CERN，即宣布发现希格斯玻色子的欧洲核子研究中心。他们虽远离现场，却与全球的粒子物理学家社群保持着联系，共享了这一理论和实验的非凡成就。
这本书并不是一部全面的历史，而是作者眼中的历史，反映了他们的观点和他们在美国研究机构的经历。关于现代物理学的历史和概述还有很多著作——包括卡洛 · 罗韦利（Carlo Rovelli）、肖恩 · 卡罗尔（Sean Carroll）和弗兰克 · 克洛斯（Frank Close）的作品——但在我看来，没有一本能像本书这样如此丰富地体现个人经历和观点。
两位作者的敬畏和热情贯穿始终。他们的比喻往往富有诗意，有时色彩鲜明，偶尔过于夸张。闪电“像格拉帕烈酒一样从天空的喉咙滑下”。由玻色子构成的物质可以是“一个贪得无厌、不断缩小、未曾分化的团块”。在将原子光谱比作音乐时，他们写道：“对这些错综复杂的彩色线条来说，‘和弦’或许是一个太过平和的词汇，倒不如想象斯特拉文斯基《春之祭》中那些浓重、无解的不和谐音。”
卡恩和奎格有能力分享宇宙并进一步理解宇宙，他们对此的喜悦具有感染力，他们的使命感则鼓舞人心。他们庆祝粒子物理学的“优雅和经济”，庆祝科学的不确定性和开放性，庆祝科学家和他们所探索的科学，让读者心生感激。《简约中的优雅》是一个关于科学和科学生活令人振奋的故事。
资料来源 Nature
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本文作者塔拉·希尔斯（Tara Shears）是英国利物浦大学粒子物理学教授