探寻万物起源 | 从芥子之微，到永恒之广

原文作者：Andrea Taroni

欧洲核子研究中心（CERN）的实验学家全面讲述科学与人文相结合的宇宙历史。

几十年来，物理学家Guido Tonelli一直在构建复杂的实验装置来探测神秘的物质构成。他所使用的大型强子对撞机位于瑞士日内瓦附近，其主要的实验是寻找希格斯玻色子（Higgs boson）。科学家一直都在追寻希格斯玻色子，因为正是这种基本粒子赋予了其他粒子以质量。2012年7月，Guido Tonelli当众宣布，其所在的团队发现了希格斯玻色子存在的迹象，一时间举世瞩目。

现在，Tonelli将他的目光从微小的粒子转向宏大的宇宙历史。他的雄心是结合科学，艺术，哲学以及宗教等方方面面。《万物起源》描绘的不仅仅是庞大的天文望远镜和粒子加速器所测量的宇宙，还有从人文角度解读的万物起源和演化。

相关图书

《万物起源》

（Genesis: The Story of How Everything Began）

作者：Guido Tonelli(意)

英文版译者：Erica Segre和Simon Carnell

出版社：Profile (2021)

许多其他物理学家，从霍金（Stephen Hawking）到Janna Levin，都尝试过这一领域的科普写作，然而大多迎合的是英语读者。作为意大利的畅销书，Tonelli的这本书则别有一番风味。Tonelli是一位讲求实践出真知的实验学家，他在书中不仅运用了意大利教育中的人文主义方法，还结合了其职业生涯中所搜集到的具体科学事实。

Tonelli认为，对宇宙起源的探索来源于人类寻根的需求。其类似圣经式的书名回应了这样一个观点：当下对宇宙历史的科学解读，是更广阔文化历史的一部分。而21世纪科学所描绘的宇宙诞生，与任何古代神话一样充满着惊奇和神秘。

大型强子对撞机局部图。该书作者Guido Tonelli在此研究宇宙组成的基本粒子——希格斯玻色子。图片来源：Valentin Flauraud/法新社/Getty

他的故事从赫希俄德的《神谱》（Theogony）讲起。这是一首大约在公元前700年关于希腊诸神起源的诗歌。一切从混沌（chaos）开始。需要注意的是，Tonelli在这里使用的“chaos”，不是现代更加常用的引申义“混乱”，而是其本意，即能够吞噬和容纳任何东西的巨大深坑或者虚空。好比无声可以看作是两个具有反向相位的声波互相叠加抵消，虚空也可以是无数正物质和反物质的集合，但其总能量为零。宇宙正是在138亿年前诞生于这种虚空中一个随机的量子涨落。

接下来是整个过程的描述。宇宙首先在体积上的极速膨胀，随后在冷却中产生了各种层次结构的力作用、对称性、粒子、黑洞、恒星和星系。每一章在Tonelli的“创世纪”过程中代表了一“天”，捕捉了宇宙既有结构形成过程中的一个重要阶段，包括重子数产生（baryogenesis，是导致正反物质不对称的一种神秘过程），夸克-胶子原始汤（从中产生了组成原子的基本粒子夸克和胶子），以及物质与辐射的解耦。

物质与神话

Tonelli引述了各式各样的神话和文学作品，同时也一丝不苟地讲解了科学家们得出结论的过程。比如关于大爆炸的一章就引述了诸如爱因斯坦，Georges Lemaître以及Henrietta Swan Leavitt等科学家们的研究工作，也提及了印度教的湿婆神（Shiva），佛教中“空”（Śūnyatā）的教义，以及博尔赫斯（Jorge Luis Borges）1945年发表的短篇小说《阿莱夫》（The Aleph）。尽管这样的方式新奇有趣，但科学事实与文化参照之间的巨大观念差异仍然造成了理解上的挑战。

本书最引人入胜的段落在于科学部分。显然，对希格斯玻色子的描述正是Tonelli的主场，还有该粒子对于宇宙形成以及帮助人类认识宇宙起源所发挥的根本性作用。他在宇宙形成和其他概念之间建立了深刻而清晰的联系，例如自发对称性破缺，这是一种物理系统看似无视所有可能拥有相同对称性的能态而选择进入最低能态的过程。还有那些分析恒星和星系形成过程和结构的章节写得也是趣味盎然。如果一边仰望星空一边聆听这些篇章必是一大乐事。

然而Tonelli在芥子之微与永恒之广中间，留下了有待填补的空白。物理学的许多分支致力于解释物质相态间的转换，例如水结冰时结构重组的相变理论，即使书中有很多故事涉及到这些现象，但令人惊讶的是作者没有在这些分支建立起明确的联系。这个疏忽暴露出了物理领域中的文化隔阂。相比之下，有些物理学先驱，诸如Robert Brout，Murray Gell-Mann以及Ken Wilson，成功将高能物理学与其“低能”兄弟——凝聚态物理学联系在了一起，Tonelli则错失了这个机会。

然而作者的目的终究是在更大的隔阂之间架起桥梁——科学与人文之间的鸿沟。对于Tonelli来说，书中关于宇宙、文化和人类环境演变的一切，都是为了满足探寻起源的需要。这些故事有助于我们理解一切是如何从虚空中开始的。所以他的故事其实恰如其分，尽管它们如此复杂，神秘，甚至时而混乱——有点像宇宙本身一样。

原文以A physicist goes in search of our origins为标题发表在2021年5月24日的《自然》的书评版块上

© nature

doi: 10.1038/d41586-021-01398-w

点击“阅读原文”阅读英文原文

 好书推荐

钚钇氧锝元素故事出书啦！不可错过的元素科普经典之作

来自 Nature Chemistry

100余位

世界科学家

118种

化学元素

120篇

文章

金涌院士   中国化学会   中国化工学会

推荐阅读

《自然的音符：118种化学元素的故事》由Nature自然科研译自《自然-化学》（Nature Chemistry）的In Your Element专栏。是所有图书中为数不多的，覆盖当前全部已发现的118种化学元素的科普图书，每一种元素都是邀请世界上对它研究深入的科学家之一撰写，专业权威，生动有趣。适合中学生及以上所有对化学元素感兴趣的读者阅读。本书由Nature Chemistry高级编辑作序。随书赠送覆盖118种化学元素的元素周期表明信片。

版权声明：

本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈，如需转载，请邮件[e-mail]。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。

© 2021 Springer Nature Limited. All Rights Reserved

星标我们🌟，记得点赞、在看+转发哦!