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在太陽的核心，核聚變會創(chuàng)造出大量的光子。從核心到太陽表面的路途中，光子會不斷地撞上電子和質(zhì)子。直到幾十萬年后，它們才有機會離開太陽表面，直奔地球。 雖然我們每天都能感受到陽光的溫暖，但很少有人會去思考，光是什么？直到17世紀，牛頓在一間屋子里，設(shè)法將來自太陽的光穿過棱鏡。牛頓發(fā)現(xiàn)，過去人們所認為的白光，實際上是可以分解成不同顏色的光，從而揭開了光的五彩斑斕的一面。自牛頓的時代起，更多的人也開始思考光的本質(zhì)究竟是什么。
馬克·麥考林的紅外人生 今天，在許多人的努力下，我們知道光不僅是由粒子，即光子組成的，它同時也是一種波。而牛頓所觀測到的可見光，實際上只是整個電磁波譜的一部分。肉眼看不見的光還包括伽馬射線、X射線、紫外線等等。宇宙中有許多不同的物體，它們會釋放出不同波長的光。馬克·麥考林是歐洲航天局科學(xué)與探索高級顧問，他最感興趣的是電磁波譜中的紅外波段。通過紅外望遠鏡，他看到了許多光學(xué)波段無法看到的靚麗風景。
王貽芳與幽靈粒子
事實上，太陽核心的核聚變不僅會產(chǎn)生光子，也會產(chǎn)生大量的另一種粒子——中微子。但與光子不同的是，中微子可以毫無阻礙地飛出核心直抵太陽表面，這是因為它們幾乎不與物質(zhì)相互作用。在我們的日常生活中，每秒都有難以計數(shù)的太陽中微子在穿過我們的身體，只是我們毫無察覺。 中微子與光子、電子一樣，都屬于基本粒子。為了描述基本粒子間的相互作用，上個世紀70年代，物理學(xué)家發(fā)展了粒子物理學(xué)的標準模型。盡管標準模型在過去獲得了極大的成功，但它并不完備，有許多問題是它無法解釋的。而通過中微子實驗，物理學(xué)家或許就能發(fā)現(xiàn)突破標準模型的線索。在所有中微子“捕手”中，中國科學(xué)院院士王貽芳非常具有代表性。因為他領(lǐng)導(dǎo)的團隊發(fā)現(xiàn)了中微子的第三種振蕩模式。
麗莎·蘭道爾的維度之旅 標準模型的另一個問題是，它只描述了自然界中的三種基本力，即電磁力、弱力、強力，而并沒有囊括引力。引力是我們每天都會體驗到、也最熟悉的基本力。在弱引力場的環(huán)境下，我們只需要應(yīng)用牛頓的萬有引力定律；但當在一些極端引力的環(huán)境下，我們就需要愛因斯坦的廣義相對論。廣義相對論告訴我們引力是時空彎曲的結(jié)果，并且預(yù)言了引力波、黑洞等其他奇妙的現(xiàn)象。盡管如此，我們對引力仍不夠了解。一個令物理學(xué)家困惑的問題是，相比于其他三種基本力，為什么引力那么微弱？哈佛大學(xué)的終身教授麗莎·蘭道爾認為答案或許就隱藏在額外維度中。我們生活在一個三維空間+一維時間的四維時空之中，但這并不代表就不存在更多的維度。額外維度理論預(yù)言了一種粒子，被稱為卡魯扎-克萊因粒子（KK粒子）。物理學(xué)家將希望寄托于對撞機，希望能夠通過將高能粒子對撞產(chǎn)生這種假想粒子，從而在實驗上證明額外維度理論。∨∨∨∨ 滑動查看麗莎·蘭道爾的科研人生
圖片來源：《成為科學(xué)家》
探索宇宙陰暗面的常進 除了在引力上的研究，麗莎還曾提出，在6600萬年前，造成那場恐龍大滅絕的罪魁禍首其實是暗物質(zhì)。 上個世紀的種種天文觀測表明，宇宙中應(yīng)當存在著大量的暗物質(zhì)。但暗物質(zhì)究竟是什么？至今沒有人知道。它可能是一種或多種粒子，由于它不參與電磁相互作用，所以我們無法看見它，它是標準模型無法描述的存在。 幾十年來，為了尋找暗物質(zhì)粒子，科學(xué)家費盡心思，提出了各種各樣的方法。上個世紀末，中國科學(xué)院院士常進提出了通過高能電子和伽馬射線探測的新方法來尋找暗物質(zhì)。2015年，常進主導(dǎo)的暗物質(zhì)探測衛(wèi)星“悟空號”發(fā)射升空，預(yù)示著屬于中國的空間科學(xué)時代已經(jīng)到來。
一起追光 300多年前，惠更斯和牛頓開始思考光的本質(zhì)，并分別提出了波動說和微粒說。100多年前，愛因斯坦顛覆了牛頓的引力觀，從而改寫了我們對宇宙的認知。90多年前，泡利為了解釋β衰變的能量守恒問題，提出了他自己都認為無法找到的中微子。50多年前，魯賓在研究星系自轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)它們轉(zhuǎn)得太快了，從而假定宇宙中存在暗物質(zhì)，進一步驗證了茲維基在80多年前的猜測。正是在這些巨匠的思索下，我們才對宇宙有了更深刻的理解，也引發(fā)了一次次的革命。他們就像光一樣，照亮了一代又一代人前行的道路。
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