智慧的两条路径

如何收集关于时空诞生的实验信息？科学家如何研究婴儿期宇宙的初啼？这里，有两条知识路径开始发挥作用，它们彼此完全独立，截然不同。

一边是粒子物理学，它探索无限小的事物，出发点是我们周围的物质，就是形成岩石和行星、花朵和恒星的那些，以及除此之外的一切，包括我们自己。这些物质有很特别的性质，虽然在我们看来普通，但实际上非常独特，这与宇宙是一个很古老而今又很寒冷的结构有关。最新数据告诉我们，“我们的家”建于近140亿年前，它如今已是一个真正冰冷的环境，我会说冷到不可能。对我们来说，待在地球上与宇宙隔绝，一切似乎都温暖舒适。可是一旦离开大气层这个保护壳，温度计示数就会陡降。如果我们测量分隔恒星的广阔虚空中或星系际空间中任一点的温度，温度计的示数仅会比绝对零度高几度，即零下270摄氏度。当前宇宙中的物质非常稀薄、古老、寒冷，其行为方式与婴儿宇宙中的物质大为不同——婴儿宇宙可是个炽热而密度惊人的物体。

要了解宇宙的初生时刻中都发生了什么，需要巧妙地找到一种方法，将当前物质的微小碎片带回那些原始条件中的极高温度之下。某种意义上，我们必须尝试回到过去。

这正是粒子加速器中发生的事。我们使高能质子或电子碰撞，这正是利用了爱因斯坦方程：能量等于质量乘以光速的平方。碰撞的能量越高，所能获得的局部温度就越高，能生成以供研究的粒子质量也越大。要达到最大能量，需要巨型设备，例如欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC），就在日内瓦附近的地下延伸27千米。

在这里，将空间的微小部分加热到与早期宇宙相似的温度，就能“复活”一些已经“灭绝”的粒子：超大质量粒子，它们存在于最初时刻的炽热宇宙中，而今已经消失了很久。多亏了加速器，让它们结束了长眠，重新走出冰冷的石棺，得以被我们细细研究。我们就是这样发现希格斯玻色子的：它们在沉睡了138亿年后，被我们复活了一小部分。被苦苦追寻的玻色子虽然立即分解成了更轻的粒子，但它们在我们的探测器中留下了特征痕迹。这些特殊衰变的图像已经积累起来。在确定信号已经和背景很好地区分、其他可能的错误原因也得到了控制后，我们向全世界宣布了这一发现。

探索“无限小”，重建灭绝的粒子，研究早期宇宙中物质的奇异状态，就是了解时空初生时刻的两条路径之一。另一条路则是超级望远镜，一种探索“无限大”的大型仪器，它研究恒星、星系和星系团，甚至试图观察整个宇宙。这里，我们也利用了爱因斯坦方程，它将光速固定为c，即每秒约30万千米。这个速度非常高，但并非无限高。因此，当我们观察一个非常遥远的物体时，距离我们数十亿光年的星系在我们眼中并不是它们现在的样子（“现在”也很难定义），而是数十亿年前的样子，就是它们发出那道今日才到我们这里的光的时候。

用超级望远镜观察很大很远的物体，就可以直接观察到宇宙形成过程的所有主要阶段，并收集到关于我们历史的宝贵数据。通过这种方法，即观察在巨大气体星云中心绽放的成千上万颗新星体发出的第一批微弱信号，我们了解了恒星是如何诞生的：我们注意到，围绕某个新天体运行的物质环中，气体和尘埃在增厚，这明确标志着“原行星系统”正在形成。我们的太阳就是如此诞生的，围绕它的行星也是如此形成的——能够直接看到这个过程，真是太棒了。

再进一步，我们还能目睹第一个星系的形成，这些骚动不安的物体有时会发出各种波长的大量辐射，这是其“创伤性”出生的明确迹象。通过超级望远镜，我们终于可以观察到宇宙的奇观，并以惊人的精度测量它的一些特性。宇宙温度的局部分布是一种令人难以置信的记忆，其中包含着宇宙初生之时所发生之事的鲜活痕迹：微小的温度波动，就可以用一种我们假以时日就能解读的“语言”，讲述我们最遥远的历史。

而最令人惊奇的是，这两条知识路径，基于大不相同且彼此几近陌生的方法，由两个完全独立的共同体推进，却彼此完全契合：基本粒子的无穷小距离的世界，和巨大的宇宙距离的世界，从两者中收集的数据，无可阻挡地朝着同一个起源故事汇聚。