物质本原的探索

“本书的主题看起来很简单。”吉姆·巴戈特深谙读者的心思，在“序言”一开头就替他们表达了内心的疑惑——物质不就是物质吗？大到日月星辰、小到柴米油盐，都是物质啊，有什么好讲的？然而，应付日常生活是一回事，理解并解释世界则是另一回事，《物质是什么》就是一本探索世界本原的科普书。

从两千多年前的轴心时代开始，人类就对世界的本原充满强烈的好奇，人们希望知道组成世界万物的最根本的东西是什么。老子说“道生一，一生二，二生三，三生万物”，五行学说认为构成万物的基础是金、木、水、火、土，古希腊也有类似的观念——水、火、气、土。而最接近现代科学的则是古希腊的留基伯、德谟克利特和伊壁鸠鲁提出的“原子论”——物质由不可见的、不可再分的微小颗粒（即原子）组成。虽然此时的原子论只是哲学思辨的产物，但它给后世的现代科学带来深刻的启发，道尔顿就借用了这一概念来表示组成不同化学物质的最小微粒。虽然当时还无法直接观察到原子，但化学反应的质量守恒定律、化合物的定比例定律以及爱因斯坦对布朗运动的解释都证明了这一理论的正确性。

到了20世纪，科学家又发现原子并不是最小不可分的单元，原子由质子、中子和电子组成。更进一步，质子、中子又是由夸克组成的。在这个过程中，人们对物质之间的相互作用进行了探究。最经典的就是牛顿运动定律和万有引力定律，爱因斯坦进一步进行了拓展，提出了狭义和广义相对论。期间，关于力、质量、能量等物理性质的认识不断深入，当爱因斯坦提出伟大的质能方程E=mc2时，人们对牛顿提出的质量就是“物质的量”的概念更加迷惑了——质量究竟时什么？量子力学的兴起让物质的本原更加扑朔迷离，电子、光子既是粒子，又是波。到了21世纪，科学家们又发现了各种奇奇怪怪名字的“子”们，于是构建了一个包含61种基本粒子的标准模型，是目前最接近观测数据、能够解释物质组成以及它们之间相互作用的理论。这一理论认为，质量不是物质的基本属性（或者叫”第一性质“），“所有的基本粒子，包括物质粒子（如夸克和电子）在内，都是通过与希格斯场的相互作用而获得质量的。”这已完全超出了人们的“自然理解”，不得不采用”技术性理解“（陈嘉映）——数学描述。难怪伽利略说“自然这部书是用数学文字写成的”。

一个看起来简单的主题，用近20万字进行阐述，随着阅读的深入，越到后来，你越会怀疑自己所处的这个世界——“真空”并不是真的空，“真空场会经历随机的量子涨落，就像海面上永不停歇的惊涛骇浪。……各种基本粒子在真空中不断地出现和消失。”当然，阅读本书是需要一定的物理学基础的，否则大概率会睡着。不过，如果对经典力学、相对论、量子力学有基本了解的读者，会叹服于作者对物理知识、科学史的驾轻就熟、信手拈来。相比单独解释量子或相对论的书，这本书显然属于通识性的科普，用“物质”的主题串起自古希腊到21世纪的主要物理学成果。尽管有较多复杂概念和公式，但本书并不是科学论文，作者努力用通俗易懂的方式进行解释。也许读者无法理解数学公式、理论推导，但读完后多少会感觉有一种智识的飞跃。

作者的后记中说：“如果认为这些非凡的成就能够让我们更接近于理解事物的本质，那可就太天真了。如果真要说现实的丰富结构带来了什么改变的话，它可能反倒让我们离真相更远了。”绝望吗？也许。但这并不意味着人类在退步，相反正是因为我们更深入地了解了身处的这个世界，才发现还有更广阔的未知需要探索。