《镜中的宇宙》试读：1.首尾相接的“宇宙之蛇”

1.首尾相接的“宇宙之蛇” 对于“我们为何存在于宇宙”这一问题，如果我告诉大家“这一切可能与中微子有关”，大部分人可能会一头雾水，甚至有人会很惊讶，觉得我在胡说八道。 在进入正题之前，让我们先来思考一下宇宙的大小。我们在日常生活中使用的物品，例如笔记本、钢笔等文具，长度大概只有十几厘米，而我们的身高最多也只有几米。随着尺寸的不断扩大，车站、百货商店等建筑可高达数十米，东京塔、东京晴空塔等建筑则可高达数百米。像富士山和珠穆朗玛峰这样的高山海拔可高达数千米。此外，地球的直径约为 1.3 万千米，地球与太阳之间的距离约为1.5 亿千米，太阳与海王星之间的距离约为 45 亿千米。像这样，表示大小的数字在不断增大。 当然，宇宙更加辽阔。太阳系的外侧是浩瀚的银河系，银河系的外侧则遍布着以仙女座星系为代表的诸多星系，它们共同聚集构成了星系团。如果照此扩大观察的尺度，可以说宇宙是无边无际的。由于大爆炸产生的光能传播的最远距离大约为 1027 米，因此我们尚不了解超出这个距离之外的情况。不过，我们已经把宇宙的可知范围扩大到了比笔记本和钢笔的尺度大 29 个数量级的程度。可以说这种尺度的宇宙是非常巨大的。 不过，随着对宇宙研究的不断深入，我们发现除了大的物体以外，微小的物质同样至关重要。如果把笔记本和钢笔的尺寸再继续缩小，就会进入原子、原子核、基本粒子的微观世界。虽然现在的宇宙大到让我们无法想象，但如果时光能够倒流，宇宙就会不可思议地不断缩小。另外，我们发现宇宙在刚诞生的时候，是非常微小且炽热的。因此，要想查明宇宙如何诞生、如何演变为现在的模样，我们还必须了解微小的世界。 为了真正理解无比巨大的宇宙，竟然得去研究微小的基本粒子世界，这真是太有趣了。我不禁想起了希腊神话中的衔尾蛇。这条蛇在吞食自己的尾巴时，躯体会呈现为圆环状，它仿佛象征着和谐的宇宙。如果将蛇头比作整个宇宙，蛇尾比作基本粒子，那么宏大的宇宙和基本粒子的微观世界就可以像衔尾蛇吞食着自己的尾巴那样衔接在一起（图 1-1）。宇宙与基本粒子之间仍然存在很多未解之谜，世界上许多研究者都对此产生了浓厚的兴趣。