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8 十分特别的关系（第2页）

LHC的后继者——巨型加速器FCC在初期应该能够准确测出所有较重基本粒子的曲线宽度和平均寿命。FCC是正负电子对撞机，和LEP一样采用点粒子产生的极强的碰撞，易于研究。不过，这一次的能量高到足以将W玻色子、Z玻色子、希格斯玻色子、顶夸克等所有“巨人粒子”研究清楚。

该项目计划产生大量的重粒子——包括标准模型中的所有较重粒子，以研究它们的特性，寻找最轻微的异常。目前对W玻色子及Z玻色子曲线宽度和平均寿命的测量将有数量级的提升，而对于顶夸克和希格斯玻色子的测量，数值有望精确到百分位。

奔忙的信使

俯瞰埃尔科拉诺海的帕皮里别墅被维苏威火山的喷发掩埋，在厚达30米的灰烬下长眠了将近1700年。

这是皮索内家族的别墅，在维苏威火山喷发前由尤利乌斯·凯撒的岳父卢修斯·卡尔普尔尼乌斯·皮索内命人修建，用以彰显家族的尊贵。皮索内是一位渊博的文人，他热爱文化，喜欢伊壁鸠鲁派哲学。在别墅遗迹中挖掘出了几百幅已碳化的莎草纸卷轴，这也正是别墅名称的由来（3）。

帕皮里别墅是一座宏伟的建筑，长250多米，宽约50米，主体部分有三层。任何想一睹其貌的人，都可以去参观太平洋帕利塞德附近、邻近洛杉矶的保罗·盖蒂博物馆。在建造之时，保罗·盖蒂这位特立独行的美国百万富翁明确要求建筑师要忠实仿照帕皮里别墅。

在那里发现的无价之宝中，不只有莎草纸，还有优美的壁画、珍贵的马赛克镶嵌画、彩色大理石地面，以及87尊雕像——其中58尊为铜像，其余为大理石像。这些雕像中，有的是绝对的杰作，那不勒斯国家考古博物馆为此专辟了一个展厅。其中的一尊赫尔墨斯像一直令我着迷，许多学者认为它是古罗马人仿的古希腊大雕塑家留西波斯的作品。

雕像是一个坐着的少年，他专注地凝视前方，两腿略分开，右腿向前，左腿屈起，左脚在后。上半身则反过来：放松的左臂在前，前臂放在大腿上，右臂在后，手掌撑在所坐的岩石上，手略微朝外。

虽然这是一座静像，看起来是一个坐着休息的少年，但他的姿态充满动感。他上半身的扭转，哪怕只是那微微的一点儿，也让观者想围绕雕像转一圈，从不同角度去欣赏它。

脚踝上带翅膀的凉鞋让他的身份确凿无疑：这是宙斯和女神迈亚之子赫尔墨斯，众神之中最敏捷者——不管是从一个地方飞到另一个地方，还是用头脑进行思索。他以思维敏捷、聪明伶俐著称。

他在早上出生，中午就已经走出了摇篮，他发现了一个龟壳并用它做了一把里拉琴。当天晚上，他向强大的兄长太阳神阿波罗发起挑衅——从其牛群中偷了50头小母牛，并成功瞒了过去。

宙斯让这位敏捷之神当神界与人间的信使，天空中速度最快的行星——水星——之名也来自他（4）。他负责将宙斯的神旨传达给凡人。这位伟大信使的奔忙，将两个不同的世界连在了一起，让本质相异的东西有了关联。

基本的相互作用由一些非常特别的粒子承载，它们被称为媒介子，是一种特别的信使。和那位足踏带翼凉鞋的神一样，这些粒子也联系着异质而不可再分的东西。它们连起夸克和轻子，让其相互作用，令其转变，有时也决定其终结。

在这里，不确定性原理下能量与时间的奇特关系再次起了作用。我们可以这样看两个带电粒子之间的电磁相互作用：第一个粒子放出一个能量为ΔE的光子，这个光子立刻被第二个粒子吸收。一切都是有规律的，但会有那么极短的一瞬间，两个粒子和放出的光子是同时存在的，这似乎违背了能量守恒定律，事实上只要这个瞬间短于不确定性原理规定的Δt就没关系。传送的能量ΔE越大，时间Δt就越短，因此媒介子所能走过的最长距离cΔt也就对应最小的传送能量。由于任何媒介子所带有的能量都不可能小于其质量对应的能量，因此相互作用的范围就与媒介子的质量有关，媒介子的质量越小，相互作用的范围越大。

对于电磁相互作用来说，事情很简单：因为光子没有质量，所以电磁相互作用的范围也就无限大。任何带电粒子都和全宇宙中其他所有带电粒子相互作用，不管它们分布在哪里。

另一方面，弱相互作用的媒介子W玻色子和Z玻色子则很重，不确定性原理禁止它们飞出很远的距离。能量80～90GeV粒子的作用范围被限制在原子核以内，因此弱相互作用还没接近原子核边缘就消失了。正是因为被限制在如此微小的尺度上，人类花了几千年才意识到它的存在也就不奇怪了。

自然界各大基本力作用范围的区别，对于我们的宇宙结构具有决定性意义。敏捷的信使们各自扮演不同的角色，各有各的工作范围，只在清楚划定的管辖区域内奔波。这些赫尔墨斯的弟子将我们的物质世界组织得井井有条、平衡而和谐。

完美的一对

能量和时间是天生一对，不确定性原理将它们联系在一起，让它们有了不可分割、此消彼长的关系。一个变得很大，另一个就会变得很小；一个站在舞台中央，另一个就会消失在远处。但二者的角色随时可能互换。

虽然是不相容量，但它们其实被一些深层的东西联系在一起。这是一种强大的关联，根植于我们这个物质宇宙最细微的肌理之中。能量守恒定律是最普遍的法则之一，每次遇到它我们就能感受到那种深层的东西，而能量守恒与时间又有着特别的关系。

众所周知，物理学定律的每一种连续对称性都对应着一个守恒定律，即某个可测量的物理量保持不变。如果改变时间轴的起点而运动规律保持不变，就意味着系统的能量守恒。这种关系非常强大，强大到能把两个没有共同点、看似完全不相关的量联系在一起。

这种特别关系中隐藏着最大的奥秘——感谢掌管这二者此消彼长关系的不确定性原理，让虚空可以转变为一个美妙的物质宇宙。需要注意的是，真空也是一种物态，和所有物态一样。就算它不含任何形式的物质，没有物质粒子穿过，也不存在任何场，它也不是一片死寂。如果对它稍加扰动，并通过一系列实验测量其能量，我们就会看到一连串分布在零周围的随机值。它只是平均能量为零，这意味着在微观尺度上，它其实要不断经历能量涨落。不确定性原理控制着这些随机的小摆动，让真空不停地涌动。

过去几十年的观测似乎都指向一个来之不易的结论：一切都始于一个这样的微小涨落。就连真空也得遵守不确定性原理，不能一动不动、一成不变。它要不断产生成对的粒子与反粒子，这些粒子在存在极短时间后再归于原始状态。多亏了不确定性原理，真空可以变成一种取之不尽的物质与反物质不停涨落、经历各种状态的场。

在这里，我们可以将这样的微小涨落想象成尺寸可忽略不计的气泡，比夸克还要小得多。在某个微小的涨落中，奇怪的事情发生了：一些顽皮的泡泡没有立刻回归原始状态，而是突然开始膨胀，变得巨大。这就是我们尚不完全了解的“宇宙暴胀”。

在极其短暂的10-35秒中，微小的异常膨胀成了宏大的世界。两种完美混合的成分交织成一种状态，它仍然具有与真空一样的量子数，但已经呈现出更有趣的东西。

所采用的办法简单而巧妙。只要将两个互补的成分结合起来，一个能吸收的能量正好是创造另一个所需的能量，就可以了。

真空的能量为零，要创造质能，必须借用所需的能量。这是可以做到的，借了之后马上归还就可以。但如果从原始真空中伴随质能诞生出一个时空结构，那一切也会奇迹般地互补。在这时空结构里，任何形式的质量或能量都受到其他所有质量或能量的引力。当两个物体之间形成联系时，就会创造出一个能量为负的状态，因为摆脱束缚需要消耗能量。正是自时空扭曲中诞生的引力，偿还了物质从真空中涌现而造成的能量负债，负能量正好抵消正能量。“真空银行”还来不及为了补救而恶意催债，借贷就很快得到了偿还。

时空突然以远高于光速的可怕速度膨胀，并在瞬间充满了能量。需要注意的是，光速是不可超越的在这里并不适用。在时空内部，任何事物都不可以超过光速，但如果是时空自身在膨胀，那可以要多快有多快。

和所有的微观物体一样，那个生发出一切的原始泡泡也有极小的皱褶，所有量子力学法则适用的系统都如此。暴胀大大拉伸了这些微小的密度起伏，将其扩展到宇宙尺度。我们周围的大型结构，比如星系、星系团，就围聚于这些极小但被暴胀扩展到宇宙尺度的不均质周围。晴朗的夜空仿佛在告诉我们，微观尺度上无可匹敌的量子力学在浩瀚空间中也留下了不可磨灭的印记。

如果没有和能量捉迷藏的时间，也就不会有我们在这里讲述这个故事。

（1）。?中文分别称为长庚星和启明星。——译注

（2）。?一般的说法是两兄弟升上天空变成双子座。——译注

（3）。?莎草纸的意大利文为papiro，复数为papiri，音译为“帕皮里”。——译注

（4）。?水星又名“墨丘利”，来自赫尔墨斯的罗马名。——译注