我們的世界充滿了壯麗的自然景觀：無(wú)垠的星空、深藍(lán)的海洋以及優(yōu)雅的生命，而這一切從科學(xué)原理看來(lái)都源于大約137億年前的宇宙大爆炸，它產(chǎn)生時(shí)空、物質(zhì)和能量。

一方面，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家正在利用粒子對(duì)撞機(jī)探尋空間的維度，從宇宙尺度的最大到最小，探索一切微觀組成粒子。另一方面，理論學(xué)家也正在探尋時(shí)間的維度，推論大爆炸起始、行星演變以及生命文明的規(guī)律。本文將探索這一宇宙、時(shí)空的原理，從認(rèn)知構(gòu)建世界的基本粒子開(kāi)始，探尋物質(zhì)元素和生命的起源，追尋科學(xué)界夢(mèng)寐以求的宇宙終極理論。

基本粒子和基本力

已知的物質(zhì)從量子物理來(lái)看都可歸結(jié)為基本力和基本粒子的組成。目前共發(fā)現(xiàn)四種基本作用力和61種基本粒子，正是它們構(gòu)成了萬(wàn)物。這四種基本力分別是萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)核力以及弱核力，61種基本粒子的排列如圖顯示：

包括希格斯粒子在內(nèi)的61種基本粒子已全部被實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，這個(gè)理論被稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)模型。粒子世界復(fù)雜多樣，其組成的宏觀物體也紛繁交織，正是復(fù)雜性導(dǎo)致了生命。但是萬(wàn)有引力至今沒(méi)有被標(biāo)準(zhǔn)模型描述，因而并沒(méi)有包含引力子的內(nèi)容，事實(shí)上描述萬(wàn)有引力的理論是廣義相對(duì)論，它和量子在物質(zhì)密度極大的條件下（如黑洞、奇點(diǎn)等）產(chǎn)生了不可調(diào)和的矛盾，量子引力理論至今沒(méi)有成功，物理學(xué)家正努力探索，已提出了譬如大統(tǒng)一理論、超弦理論等模型試圖建立多維的方法統(tǒng)一量子論和廣義相對(duì)論，描述所有物質(zhì)，這一工作直到今天還在繼續(xù)。

時(shí)間箭頭

一切起源歸于宇宙大爆炸前的奇點(diǎn)，大約137億年前，大爆炸形成時(shí)間、空間和能量。隨著宇宙膨脹，溫度降低，夸克、電子、光子等粒子形成，進(jìn)一步質(zhì)子出現(xiàn)并形成最早的原子——?dú)湓?，氫原子在引力作用下廣泛分布并匯聚成了恒星，伴隨著輕核聚變，釋放光熱，合成氦原子、氧和碳元素，為所有景象的出現(xiàn)創(chuàng)造了基礎(chǔ)。一次次的超新星和恒星重生造就了擁有千億顆星系的宇宙，太陽(yáng)也這樣創(chuàng)生，環(huán)繞四周的地球神奇地?fù)碛辛撕线m的溫度和生命形成的條件，在隨后的數(shù)十億年間誕生了生命。

生命起源來(lái)自復(fù)雜反應(yīng)，從原子、分子開(kāi)始，有機(jī)物、氨基酸、DNA產(chǎn)生，形成自我復(fù)制的生命體（病毒、基因）。經(jīng)漫長(zhǎng)時(shí)間等待，海洋、大氣和地質(zhì)變遷，細(xì)胞的合成和不斷進(jìn)化造就了動(dòng)植物率先在海洋中出現(xiàn)和生存，接下來(lái)幾十億年的演化，一次次的滅絕與重生，經(jīng)歷了遠(yuǎn)古時(shí)代、原始時(shí)代最終等到了高級(jí)智能的人類(lèi)，由于擁有強(qiáng)有力的大腦。人類(lèi)誕生了文明，建立起今天的世界。

終極理論之夢(mèng)

科學(xué)的進(jìn)步永遠(yuǎn)沒(méi)有終點(diǎn)，人類(lèi)文明的思想從來(lái)沒(méi)有停留，從基本力和基本粒子組成萬(wàn)物的原理開(kāi)始，量子論和相對(duì)論顯示了強(qiáng)大的能力，使我們可以理解從宇宙起始到生命形成的歷史，科學(xué)往往帶來(lái)新科技革命以及經(jīng)濟(jì)的繁榮。而統(tǒng)一描述一切的終極理論終會(huì)帶來(lái)難以想象的成就，物理學(xué)家戴維斯曾說(shuō)：當(dāng)人類(lèi)獲得統(tǒng)一萬(wàn)物的終極理論時(shí)，它就可以改變時(shí)間和空間的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造新奇的物質(zhì)。控制這種超級(jí)能力，將使人類(lèi)可以隨意建造粒子，形成奇特的物質(zhì)技術(shù)，或許操縱時(shí)空本身維度，創(chuàng)造具有難以想象性質(zhì)的世界，事實(shí)上人類(lèi)應(yīng)當(dāng)是宇宙的主人。