Don Lincoln: 物理学最大的谜团：反物质、暗能量与万物理论 – 唐·林肯
#497 – Biggest Mysteries in Physics: Antimatter, Dark Energy & ToE – Don Lincoln
嘉宾：Don Lincoln
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以下是与唐·林肯的对话。他是费米实验室的粒子物理学家，数十年来一直在高能物理的前沿工作。这是一场令人震撼又鼓舞人心的对话。唐成了我最喜欢与之谈论物理的人之一。他的头脑确实独特，具备理查德·费曼那种能力：能把非常复杂的思想讲得简单明了，同时不丢失这些思想核心中任何本质而精彩的洞见。这里是莱克斯·弗里德曼播客。如需支持本节目，请查看节目简介中的赞助商，在那里你还可以找到联系我、提问、提供反馈等方式。现在，亲爱的朋友们，有请唐·林肯。
在描述物理学对万物理论的探寻时，你说物理学的历史可以很有效地讲述为一部统一的历史。这是一场持续了几个世纪的探索，旨在表明这些看似不同的现象实际上是由某些统一的底层原理联系在一起的。甚至从牛顿开始，你就可以把物理学的努力看作是试图统一……自然法则。所以我在想，我们能否梳理一下统一的历史——
当然。
……从这个视角来看物理学。
当然，做物理的方式有很多种，但我认为粒子物理学家和宇宙学家所做的，是真正试图找到支配自然法则的那些基本的底层原理。如果我们回到，比如说，我也说不准，大约17世纪50年代，假设你是当时最聪明的人，你注意到了两件事。其一，你绊一下就会摔倒。这就是我们每天都在体验的引力的本质。但另一方面还有天文学：你仰望天空，看到恒星在天际移动，看到行星在群星之间穿行。而这些似乎与你的三明治掉在地上、被狗从你手里抢走时发生的事情毫无关系。所以——
……了不起的是，牛顿审视了这一点，并想到：也许月球正在下落，只是它一直没有落到地球上。所以在大约1650年，我们有可以称之为天体引力的定律，即支配天空的引力，以及地面引力，即地球上的引力。如今我们不再这样看待它了，我们只把它看作引力。但在当时，这一点完全不是显而易见的。事实上，如果你去翻书，牛顿的理论叫做牛顿万有引力定律。“万有”（universal）这个词就在那里，原因是他意识到这两件看似毫不相干的事物其实是同一回事。我是说，这绝对是天才之举。
我是说，牛顿可以说是我所知道的最聪明的人之一。但无论如何，这是第一个容易描述的物理学统一，你可以用一种对现代……人类来说讲得通的方式来表述它。我的意思是，你还可以追溯得更早，那时人们在谈论化学、原子的本质。你可以追溯到德谟克利特，他在很多事情上都错了，但他认为物质存在最小的微粒形式，这一点是对的。所以这有点好笑。你读化学书，书上说原子的概念可以追溯到德谟克利特，而你知道，他的想法是，比如存在一种最小的油原子，它是光滑的，而它之所以光滑，当然是因为，嗯，油是光滑的。
存在一种最小的醋原子，因为醋是酸的，会刺你的舌头——
……所以原子就是一些尖尖的、带刺的小东西。所以他错了很多，但他认为存在微小粒子的想法是对的，而我们现在知道——我们现在的概念与他的截然不同。所以你可以追溯得更早。但说到统一，还有更多的例子。例如，如果你回到大约1830年，当时科学家们正试图理解电，比如说。那时有很多研究在进行，人们确实弄懂了一些东西。但在当时，有两种我们现在很熟悉的现象。其一是磁铁，你知道，当时的磁铁大多只是一些被磁化了的小铁块，可以吸在钢上。
然后是电。当时人们会制造一些小火花，可以拿来玩耍取乐；或者从更广的范围来说，就是划过天空的闪电。所以当你思考这些时，那道闪电和那块小磁铁似乎真的毫无关联。
但在整个19世纪，许多科学家都在探索其中的一些小方面。电流通过导线时会发生什么？它似乎会产生磁场。你知道，他们——有一大堆实验，也涉及很多人名。但大约在19世纪60年代，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦把之前50年里酝酿的所有这些想法汇集起来，写出了他的电磁学定律，它们真的非常迷人。如果你看电磁学定律，它们是——它们是微分方程或积分方程。但基本上，它们说的是：一边是一堆含有电的项，然后等号的另一边是关于磁的东西。
所以撇开所有数学符号，你得到的是电的一边等于磁的一边。电等于磁。这是一个令人震惊的概念：这两样东西，一道闪电和把你孩子的画固定在冰箱上的磁铁，竟然是同一回事。这又是一个例子，电和磁被统一成了电磁学。所以现在我们有两个例子：一是引力的统一，即地面引力与天体引力的统一；二是电与磁的统一。稍后我会再讲一些例子，但有一点很重要，因为目标当然是统一一切。
如果我能做成我想做的事，我就会拥有某种统一理论，能够解释所有能量、物质、空间和时间的全部行为，这是一个宏伟的目标。
我们还应该说，也许在物理学之外，更广泛意义上的科学，其目标之一就是构建能够对世界进行概括的模型。所以如果你看达尔文进化论……那是一个非常优美的理论，它捕捉了现实的另一个层面，比如我们在地球上看到的这种特定现象是如何发生的。所以当我们谈论物理学中的万物理论时，它捕捉的是关于宇宙运作的另一个抽象层次。
对。整个达尔文进化论，以及我们的基因与香蕉的基因有显著重叠这一事实，相当令人震惊，令人惊讶——它居然成立。这真的很神奇。但至少对于我这一类科学家来说，我们的想法是：当然，生物学很有趣，但归根结底，它是由——生物学中发生的任何事情都是由分子的运动引起的。然后你会说：“嗯，这很好，但分子之所以那样运作，是因为它们由原子构成。”
再下一步就是：嗯，原子，很好，但原子之所以那样运作，是因为原子核和电子，而原子核又由质子和中子构成。所以我们当中有些人，包括我自己，想要挖到最最底层，弄清楚自然界最小的构成单元是什么，所有其他远为复杂、有趣和抽象的事物都是由它构成的。但最最底层到底是什么？而且，这也很好，但即使你知道了最小的构成单元是什么，也说明不了全部故事。这就像有一大堆乐高积木，却不知道怎么把它们拼起来。你还需要知道它们如何相互作用、如何运作，这就是我们研究力的原因。
所以有我们熟悉的各种亚原子力，例如，电和磁是电磁学的组成部分，而电磁学支配着诸如——这太神奇了。电磁学当然解释了电和磁，但它还解释了光是如何运作的，解释了化学的大部分原理。所以说到电磁学，1860年或1870年，它的奇妙之处在于，如果你拿麦克斯韦方程组，运用一点微积分，就很容易看出电的定律和磁的定律结合在一起，构成了所谓的波动方程，这表明这些电场和磁场在振荡。
它们在变化，如果某种东西在变化，那就是波，而波会传播。如果你算一下，就会发现这些波传播的速度就是光速。于是人们说：“哇，光速竟然从这些方程里冒出来了。”我想这一定非常有说服力。当然，电磁学在化学中也起着非常重要的作用，因为毕竟原子是由电磁力维系在一起的。原子的运作还涉及更多内容，还有所有量子力学的那些东西。但如果没有电磁学，或者电磁学截然不同，那么原子也会截然不同。所以它在维系我们的存在方面起着非常大的作用。
所以，能够很好地掌握这方面的规律，是科学上一个惊人的进步。当然，能够驾驭电磁学，正是人们能听到你的播客的原因，这要归功于互联网的奇迹，或者仅仅是驱动计算机运行的电。我是说，如果允许我稍微借题发挥一下，这正是一个例子：当时人们会说：“嗯，你们为什么要摆弄磁铁和火花？”谁在乎呢？可是，这种对自然法则非常根本的深挖会带来衍生成果，而其中一个巨大的衍生成果就是我们整个技术社会。
如果无法驾驭电，我们仍然只是城市里的农民和鞋匠。我们当然不会拥有现在所拥有的一切。好了，借题发挥就到这里。但这确实很好地展示了，深入挖掘那些深刻的、根本性的、尚未被理解的神秘事物，如何能在一两百年后改变世界。
至于我现在所做的这类科学，人们经常问：“了解原子内部如何运作、夸克内部如何运作，有什么用？”我不知道答案。但稍微务实一点说，如果我回到大约一百年前，那时人们正试图理解原子内部的质子和中子是如何结合在一起的、它们如何分裂、如何把它们结合起来等等，这催生了核能。无论你怎么看待核能，有些人喜欢，有些人不喜欢，但它很强大。它将为人类产生能源，而且也许这就是我们在逐步摆脱从地下开采化石燃料时所走的道路。无论如何，人类都将需要能源。
没有人会回到18世纪那样的生活方式。而如果我们愿意，有一个巨大的能源来源可供我们获取，那就是改变原子核。它曾经看起来与任何事情都毫无关系，然而它为人类提供了一个机会，当然，这需要我们仔细考虑如何去做，以及是否想要这样做，但它给了我们以前所没有的东西。
是的，很明显，核聚变和核裂变将释放出文明繁荣所需的大量能量，但这几乎算是近期的事。从更长远来看，你可以考虑诸如我们将要谈到的暗能量危机……以及反物质。也许如果你弄清楚了围绕反物质的一些谜团，那也会带来新的能源，也就是如何产生能量。那也可能带来反直觉的推进系统——
……让我们人类得以在宇宙中穿行。眼下这似乎还遥不可及，太昂贵、太复杂、太困难，但理论物理学基础层面的突破，可能会帮我们解锁一些不可思议的能源、不可思议的技术，让人类能够去探索宇宙。当然，我们也应该提一句，技术一向如此，它是一把双刃剑。它很可能会导致更危险的武器被研发出来，或者……其他伤害的来源。然后我们作为一个文明，就得小心地把握这条界线，并希望我们能想办法，让自己造出来的技术带来的好处多于坏处。
没错。但我们必须真正记住，虽然人们担心核武器（诚然它非常危险），甚至担心核电，因为核电会产生必须处理的废料，但科学所做的，是弄清楚、找到大自然摆在我们面前的力量。这并不新鲜。火也是这样。火可以烧掉你的房子，也可以帮你煎牛排。力量就是这样，这是我们人类必须理解的一点，这也是为什么这需要成为一种……你知道，当我们谈论科学时，它必须是全社会共同参与的广泛讨论，因为科学家能做的是弄清楚世界如何运转。而社会必须去决定我们希望如何应用它，或者不去应用它。
另外，解开宇宙的谜团和难题，这件事本身就酷爆了。
确实。确实如此。
所以这意味着，让我们之所以为人的部分原因，就是看着一样东西然后问：“这东西是怎么运作的？”然后一群猿凑到一起，戳戳那东西，摇摇那东西。久而久之，就有了飞向太空的火箭。你修建道路和桥梁。你建起了互联网。总之，我们聊了牛顿，聊了麦克斯韦。就统一而言，这就把我们带到了20世纪。有一个叫爱因斯坦的人……你还为他写过一本书，他在……统一的努力上取得了相当大的进展。
当然。爱因斯坦，他是个相当了不起的人。1905年，他迎来了他的奇迹年，写了多篇论文。大多数人知道的是狭义相对论，他在其中证明了一件对没有下功夫深入钻研过的人来说完全说不通的事，那就是两个人对时间的体验是不同的。时间，你知道，是个迷人的东西。我们其实并不真正理解时间是什么，这很奇怪。你会以为那应该是我们理解得很透彻的东西，但我们真的不理解。我们对它了解很多，但要说真正理解它，就不太算了。牛顿认为时间对所有人都是普适的，所以我的时间、你的时间、某个在火星上或半人马座α星上的人的时间，每个人体验到的时间都一样。
爱因斯坦证明的是事实并非如此，彼此之间以不同速度相对运动的不同的人，对时间的体验是不同的，这绝对是一个令人震撼的概念。现在，大多数人认为爱因斯坦接着说，嗯，他发明了时空，认为空间和时间是同一回事，这是他提出来的。但这个洞见其实来自他的一位老师，一个名叫闵可夫斯基的人，他研究了爱因斯坦的方程。闵可夫斯基比爱因斯坦更偏数学一些，他发现，如果你看这些方程，基本上就是一个人的空间和时间等于某些数乘以另一个人的空间和时间。所以这是一件相当惊人的事。
所以正是在这里，爱因斯坦和闵可夫斯基真正提出了这个令人难以置信的概念：空间和时间实际上差不多是同一个东西。这与我们对世界如何运作的理解相冲突，因为时间就是在流逝，它是连续的。我们在本能层面和体验层面知道它是什么。我们也许在形式层面并不理解它，但我们知道时间是什么。正是它让今天成为今天，而不是昨天或明天。空间则有点不同。你可以走到某个地方，再走回来，你可以四处移动。你在空间中移动的自由比在时间中移动的自由更大。你总是可以在时间中向前移动。只是事实证明，向后移动要稍微困难一点。
不过是的，爱因斯坦认识到事情就是如此，这让所有人以非常、非常不同的方式去思考这个世界，而那是在1908年，闵可夫斯基真正以严格的时空形式把它阐述了出来。
而这也引出了狭义相对论方面的工作，引出了速度极限，也就是光速。
嗯，那是一个前提。他有两个前提。一个是自然法则对每个人都是相同的，所以如果你以某个速度运动，或者我以某个速度运动，我可以说我没有动，而说是你在以某个速度运动。这没什么争议。这就是我们所说的伽利略相对性。它是几百年前就有的。但爱因斯坦提出的有争议的观点是，每个人测得的光速都是相同的。无论我们彼此之间如何相对运动，你测出的光速是这个数，我测出的光速也是这个数，这与牛顿、伽利略或任何一位老前辈会说的非常、非常不同。
正是把这两点结合在一起，才导致了狭义相对论的所有怪异之处。现在，你可能会很轻易地说，嗯，第二个前提，即每个人测得的光速都一样，简直是愚蠢的，而且你……那个，你知道，你可以去检验它。这就是检验相对论的用武之地。爱因斯坦的方程包含了这两个假设，它对一切事物行为的预测都非常准确。如今我们实际上已经做过测量、做过实验，可以说光速对每个人都是相同的。但一开始并不是这样。最初真正的情况是，这个假设导出了预测。预测是正确的，所以假设也是正确的。
现在，有一个……对于那些人，对于你的观众中想问“那你怎么测量光速对每个人都相同？”的人来说，粒子物理学家就做这件事，方法如下：有一些亚原子粒子在衰变时会发出光。那是它们的衰变产物。所以你让两样东西对撞，这样你就知道粒子是什么时候产生的，然后你在对撞点周围布置一台探测器，测量光到达探测器需要多长时间，果不其然，就是光速，本就应该如此。不过，有时在这些对撞中，你产生的某些亚原子粒子会以非常高的速度飞出来。
它们飞出的速度可能是光速的百分之九十五或百分之九十七，或者说光速的很大一部分，然后它们衰变成光子。于是你测量光子到达探测器需要多长时间，结果表明它……光是以光速传播的。现在，如果爱因斯坦的猜想是错误的，你会有一个以接近光速飞出的粒子，它衰变成一个以光速运动的粒子，那么那个粒子的速度就应该是，比如说，光速的两倍左右，所以它到达探测器所需的时间应该只有一半，但事实并非如此。
所以这是一项严格、严肃的测量，它表明某样东西……你知道，我们，我们可以测量光从这种静止状态下产生的粒子中发出时的速度，那是光速。然后我们可以测量光从某个运动的物体中发出时的速度，它仍然是光速。所以这是一项真实的测量，但在爱因斯坦的时代这是不可能做到的……但现在可以了。
稍微岔开一下，在物理学这份完整的怪异排行榜上，存在光速这个速度极限，这件事有多怪？
嗯，我得告诉你，我第一次接触这个的时候，真是怪得要命。简直让怪异指数爆表。但随着你对它越来越熟悉，越来越适应这个想法，要记住的一点是光速，它是穿行于时空的速度。一旦你接受了这一点，这就非常说得通了。突然之间，一切都更加顺理成章。我觉得存在一个终极速度并没有那么令人震惊。它只是说明这是空间的一种属性，就像，你知道，空间能够传递一定强度的电场一样。它能承载某些东西。
不管空间是什么，我们并不知道空间是什么，但不管它是什么，它都具备以那个唯一的速度在空间或时间中传递这些东西的能力，而其他一切都源于我们坚持把空间和时间区分开来。这就是我看待它的方式，至少对我来说，一旦我接受了这一点，一切就变得非常自然了。
所以我这个问题的本质其实是……这类问题会一再出现，就是试着去共情，试着设身处地站在空间和时间被统一……成时空之前的那些人的立场上，去真正体会和思考那是多么艰难的一次飞跃。
巨大的飞跃。
我之所以这么说，是因为我们现在身处现代，身处二十一世纪，当然，我们在未来也必须做出那样的飞跃。那么，有哪些统一就摆在我们眼前而我们却没看到？比如说，在你的作品和讲座中有很多例子，讲到保罗·狄拉克认真对待反物质。他看着数学所显示的东西，然后说：“我真的认为这东西存在。”我是说，这听起来简直疯狂。
确实。
所以我认为这是一个很好的热身。时空的统一……是一个很好的热身，因为随着我们一路走过二十世纪，至少在我看来，事情会变得越来越怪，即使在爱因斯坦本人身上也是如此。
嗯，让我给你举一个更基础的例子，钠和氯化物。钠是一种会爆炸的金属。你把它放进水里，挺有意思的。你把它放进水里，它，它不会真的爆炸，但会变热，还会四处乱蹦。氯，它是一种气体。它会要了你的命。所以这两样东西都是致命的。它们很可怕。然而当你把它们混合在一起，你晚上就会把它撒在食物上。那是盐，对吧？所以在这个例子里，这整个，第一，统一，第二，这种更深层的理解，在这里是化学层面的理解，即两种危险的东西如何结合在一起，变成一种不仅无害、而且是人类生命所必需的东西。所以你描述的这种情况并不罕见。
我是说，你想想看，先不管别的，单说我们会告诉小孩子世界是由原子构成的这件事。这太疯狂了。大多数人从未见过原子，但如今几乎没有人真正怀疑这一点了。我认为这只是熟悉程度的问题，然后文化慢慢接受了它，于是，即使没有证据，它也成了真实的。事实上，你在那儿提到的其中一门课程，讲的是我们如何知道我们所知道的，我认为这是一个合理的问题。我们怎么知道原子存在？当然，我们是有办法知道的。
顺便说一句，在这方面，我很想一起梳理一下，在我们一路走向夸克的过程中，我们是如何认识宇宙的基本组成单元的。在你提到的那门课程里，这是最引人入胜的内容之一：原子这种哲学观念已经存在了非常久。然后你把它具体化，你真的能够证明，或者有强有力的观测表明，原子是存在的，然后有原子核，有电子，有光子，有夸克，我是说，事情变得越来越怪，现在我们面对的谜团是，还存在比这些更小的基本组成单元。
不过总之，事实证明，爱因斯坦可不只提出了狭义相对论。顺便说一句，我真心觉得他应该拿三个诺贝尔奖。他是因为光电效应获奖的。他没有因为广义相对论获奖，简直是反人类的罪行。我不理解。他显然应该因为广义相对论和狭义相对论获奖。我是说，就诺贝尔奖而言，我认为狭义相对论和广义相对论应该分开算。所以，广义相对论是又一次统一。
是的，没错。爱因斯坦意识到，如果你在一艘火箭飞船里，这艘飞船非常安静，而且正在加速，那么你会感觉自己像是在受到引力作用。所以正如你所说，当他意识到加速和引力给人的感觉非常相似时，那是他最快乐的时刻之一。让我佩服的是，这个想法本身就已经相当巧妙了，却不知怎么引导他把他的时空观念和这个加速与引力的观念结合起来，并意识到他可以把引力描述为时空的弯曲。时空像东西南北一样恒定不变，这已经够难理解了。但现在他说：“嗯，你知道，把你的地图揉皱、弯折”等等，那就是引力。这是一个惊人的、令人脑洞大开的想法。
我想，我好奇你能不能谈谈，你认为催生这种想法的过程是什么样的。在爱因斯坦的例子里，可能得从“如果引力本身就是时空几何会怎样？”开始。你得有那样的念头，对吧？
是的，我想是这样。科学涉及很多方面。当然，要了解前人做过什么。要掌握数学，让你能推算出自己理论的推论。要有与自己和他人争论的自律，因为大多数想法都是错的。但还有你刚才描述的那种东西，那种直觉的火花，而那是非常、非常难以创造出来的。我们之所以崇敬这些人是有原因的，因为这是一种不寻常的特质，大多数人一生只会有一次那种顿悟时刻，如果他们有过的话。
然后还有一件棘手的事，因为我确信你也会收到，我收到很多富有创造力的思考者的来信，他们并不具备必要的历史知识、数学素养和自我批判。所以他们提出这些想法，而通常很容易看出这些想法在哪里行不通。所以，要成为那个改变我们看待世界方式的人，光有想法本身是不够的。这些创造性的想法，是不够的。你需要把它与自律和批判结合起来，正是这些东西的融合，你知道，让你成为被历史铭记的天才。
但这很难判断。在一群你可能忍不住称之为疯子的人当中，可能就有天才，而很难分辨谁是谁。我们应该提一下，爱因斯坦本人起初也没能看出量子力学的天才之处，应该说，是没能看出它的正确性。所以他能领会引力弯曲时空这种疯狂的想法，但量子力学对爱因斯坦来说太怪异了。
说句公道话，它对我来说也很怪异。但是……
好吧。
……但问题是，即便如此，而且爱因斯坦也许在他生命的最后几年里一直试图把电、磁和引力融合成一个单一的东西，他也没有成功，但他仍然是一位非常、非常有价值的批评者——
……量子力学的批评者。并不是他不理解量子力学，因为他确实理解。他思考了其中的推论，以及所有这些量子纠缠之类的东西，你知道，不是全部。但正是他提出：“好吧，如果你是对的，那么就会这样。”当然，后来人们去做了验证，发现爱因斯坦推导出的量子力学推论是真实的，于是他们就可以说：“看到了吧？量子力学是真实的。”所以，你知道，他一直在深入思考它，而且他做的正是我说的那件事。有那种火花式的想法，但也有那种批判的想法。
而如果你能批判一个想法，你可能会把它扼杀掉。而那——每当我有了一个绝妙的想法却被否定掉时，总是令人沮丧，但被否定总比一直留着它、在它身上浪费时间要好。所以在那种情况下，他并不是在产生顿悟。他说的是：“好吧，我们拿你的顿悟来看。假设它是对的。它意味着什么？它意味着这个。”这让人们得以去检验它，因此他对科学进步的另一部分做出了非常关键的贡献，那部分不只是顿悟时刻，而是把它往死里推敲、检验它——
……批判它，确保它是真实的。只有在所有这些都做完之后，你才能真正确定自己是对的。这就是为什么科学是如此强大的工具。正是那种好斗的、简直有点讨人嫌的批判，大多数人都不喜欢。他们不喜欢别人说：“你的想法，你知道，可能是错的。”但那是——那是至关重要的。它是科学过程中至关重要的一部分。
此外，还有另一面，我听你提过一句名言，就是，你知道，“我相信你的想法很疯狂，但它够疯狂吗？”那是尼尔斯·玻尔说的吗？
我很喜欢这句话。是的，是的，我们都同意你的想法很疯狂，但它够疯狂吗？
所以确实需要在某种程度上做出那些疯狂的跳跃，但必须有严谨性作支撑。
对。
而统一的进程延续了下去，我们一步步迈向标准模型——……它是20世纪物理学中如此不可思议的一部分。那么你能描述一下那次统一吗？
所以，你知道，我们现在算是跳到了20世纪30年代前后。到那时，人们已经意识到存在四种截然不同、似乎互不相关的力。一种是引力，第二种是电磁力，这些是人们相对熟悉的。但还有另外两种力，它们只在原子核内部才真正重要，这就是为什么大多数人对它们毫无体验。一种是强核力，它把原子核束缚在一起；另一种是我们所说的弱核力，它导致了某些类型的放射性。而由于大多数人不会摆弄原子核，大多数人也不会摆弄放射性，所以他们不知道那是什么。
但到了30年代，科学家们已经做了足够多的实验、足够多的理论研究，可以说存在这四种力，而这本身已经是一项胜利了。我是说，我们在追求万物理论的目标中，希望认为只有一种力，这就是我们正在谈论的统一。也许这四种力只是看待同一种底层力的不同方式。但在30年代，我们就处在那个阶段。存在四种力。然后我们往后推进，在50年代末和60年代初，有些人在想，也许弱核力和电磁力其实是同一种力。所以他们努力尝试把这两种力结合起来，证明它们是相互关联的。而这成真了。
他们能够证明，电和磁实际上是同一种力的两个不同侧面，我们现在称这种力为电弱力。现在，你在关于这件事、关于人们所说的希格斯玻色子或“上帝粒子”的文章中读到的故事，是被极度简化了的，因为在1964年，有三个小组、共六个人发表了重要论文，讨论所谓的希格斯场。我稍后会回头解释那是什么，但希格斯场很重要。但直到1967年，也就是三年后，史蒂文·温伯格和其他一些人才真正统一了电磁力和弱力。
谢尔登·格拉肖、阿卜杜勒·萨拉姆和史蒂文·温伯格成功统一了电磁力和弱核力，证明在高能量下——
对。
……这两种力合并为单一的电弱力。
对，那是在67年，好吗？大家都说这件事发生在64年，但其实并不是。它实际上历经了好多年。不过好吧，现在我们来——你说的是对的。温伯格、格拉肖和萨拉姆证明了电磁力和弱力在高能量下是相同的。然而，有一个问题，问题在于电磁力的作用范围是无限的，我们之所以知道这一点，是因为我们能看到数百万光年外的恒星。我是说，这表明那种力的作用范围本质上是无限的。然而，弱力在远小于质子尺寸的距离上基本上就不复存在了。
所以，你知道，说“哦，它们是一样的”，可一个能跨越整个宇宙，另一个却连原子都出不去，嗯，那就太蠢了。我是说，这里显而易见的想法是，好吧，我们刚刚证明了整个想法很愚蠢，所以扔掉它吧。荒谬。而正是在这里，1964年的那些想法登场并挽救了局面。那么，电弱力是真实存在的，而电磁力和弱力的表现却如此不同，这怎么可能呢？
可能的方式是，这些力是通过一种粒子从一个亚原子粒子移动到另一个亚原子粒子来传递的。在电磁力的情况下，这种粒子是光子。在弱力的情况下，我们现在称之为W粒子和Z粒子。所以希格斯和他的同事们提出的想法是：“好吧，电弱力是真实的。我们让现在出现电磁力和弱力之分的方式是：电磁力的载力粒子没有质量，弱力的载力粒子有质量。”于是，人们假设了一个场，即存在这样一个额外的场，它与电弱场有点不同，我们称之为希格斯场。希格斯场弥漫于整个空间。
关键在于，有些粒子与这个场相互作用，有些粒子不与这个场相互作用。与这个场相互作用的粒子获得质量，不与这个场相互作用的粒子就没有质量。这就是那个想法：希格斯场赋予弱力粒子质量。然而，光子对希格斯场不屑一顾，看不见它，所以它没有质量。
我在这里应该说一下，查一下Perplexity，从宏观角度来看，希格斯场是充满整个空间的量子场，正如你所说，它通过与许多基本粒子的相互作用赋予它们质量。希格斯玻色子是与这个场的涟漪或激发相对应的粒子。在现代粒子物理学中，每一种粒子都对应一个无处不在的场。希格斯场就是这样一种标量场，意思是在空间中的每一点，它只有一个数值，而没有方向。希格斯场与大多数其他场不同，因为即使在空无一物的空间中——顺便说一句，“空无一物”要加引号，空无一物的空间——它的平均值也不为零。正是这个非零的真空值使它能够赋予粒子质量。
对。那我们来谈点更熟悉的东西，试着给这些话附上一点直觉。
太棒了。
好，就在我们面前，有一个引力场。现在——……你看不见它，但它就在那儿。就在那儿。看好了。如果我拿一个东西，一支笔什么的，放在那儿，它会受到一个力，然后掉下去。我知道，很有洞见吧。所以我们有引力场，还有一支有质量的笔，质量和引力场相互作用，笔就掉下去了。现在——……如果我们有另一个——
我这儿有一个——
对。
……东西给你。
好，那就比如——
演示用的。太好了。
行为艺术。开始了。
这太好了。
这个东西有质量，我们把它丢下去。真了不起，它掉下来了。但当我们退一步思考真正发生了什么时，是这个东西的质量，以及它与我们在这里看到的这个看不见的场之间的相互作用，才赋予了它重量。现在，我这里有一个你看不见的粒子，但它确实在那儿。它没有质量。我把它放在那里。嗯，既然它没有质量，它就感受不到引力。它仍然漂浮在那里。
而这其实就是希格斯场的全部含义。有些粒子实际上拥有你可以称之为“希格斯荷”的东西，它会与这个场相互作用、感知到这个场，而其他粒子则没有。这基本上就是你读到的内容的意思。有意思的是，在平常的日子里，希格斯场就在那里，而且希格斯场不为零，就像引力不为零一样，于是物体会获得质量。但在超高能量下，希格斯场，也就是希格斯场的强度，会降为零。所以无论物体有没有质量，无论它们有没有希格斯荷——它们没有荷，或者它们有希格斯荷，但希格斯场为零，它们都不会发生相互作用。它没有质量。
所以这差不多就是温伯格、萨拉姆和格拉肖所说的：在非常高的能量下，希格斯场为零。由于希格斯场为零，弱力粒子感受不到质量，因此它们可以像光子一样以光速运动，一切都很完美。
这是在宇宙冷却下来的时候发生的。大爆炸之后，宇宙非常热，能量非常高。没有任何东西有质量。宇宙冷却了，在某个温度下，希格斯场开启了。在它开启的那一刻，它赋予了弱力粒子质量，但没有赋予光子质量。这就是我们所说的电弱对称性破缺；说起来很拗口。但它的意思只是：在宇宙历史的早期，在大爆炸后10的负12次方秒的那一刻，希格斯场开启了，粒子获得了质量。这就是整个想法。所以这是另一件非常妙的事情。电弱对称性理论并不需要希格斯，因为它其实只适用于非常、非常高的能量。
但为了让它在低能量下也成立，你需要修补这个理论，而修补的方法实际上就是给理论贴上一块创可贴。希格斯理论只是贴在电弱对称性理论上的一块创可贴，而正是这块创可贴修补了它，因为它在低能量下赋予粒子质量。
但是，这个希格斯——这块创可贴，也就是这个场和希格斯玻色子，在实验层面、在证据层面是如何发挥作用的——
好的。
……在发现层面？
对。
那么这个希格斯玻色子到底是什么？
好的，很好。我们从未见过希格斯场。希格斯场是一个假设性的、理论上的东西。但我们的大多数场都是如此。我们从未见过电磁场。我们从未见过引力场。我们见到的是场的效应。所以所有这些理论现在都是我们所说的量子场论，而量子场的整个思想是：如果你有一个量子场，这个场可以像鼓面一样振动。它的振动并不完全像鼓面那样，而是局部振动。所以你可以有特定的局部振动，而这些特定的局部振动就是粒子。在电磁场中，这种振动是光子。在希格斯场中，这种振动是希格斯玻色子。
所以我们能做的不是看到这个场，而是真正地激发这个场，让它振动，然后探测这些振动。希格斯玻色子的设想是在六四年提出的。它在六七年变得有用，然后科学家们开始寻找它。到了2000年代初，人们开始认为我们建造的粒子加速器已经足够强大，真的能够产生这些振动并探测到它们。当时正在运行的加速器是芝加哥郊外费米实验室的一台大型粒子加速器，叫做Tevatron（万亿电子伏特加速器）。
我们以接近光速、在非常高的能量下对撞质子和反物质质子，而顶夸克正是在九五年在这台加速器上被发现的。但我们升级了设备。每秒的对撞次数是原来的十倍。能量也稍微高了一些，我们把质子和反物质质子撞在一起，希望能真正找到希格斯玻色子。
你能稍微退一步，看看更大的图景吗？费米实验室有这台传奇的加速器，而且你与它还有一段个人故事，因为，我是说，我想问你的问题有一百万个，我们会问到其中的某些方面。那么加速器这个想法，加速器的设计和物理原理，对于理解和发现粒子物理的不同方面有什么帮助？
嗯，我很高兴你问了这个。我是说，这太迷人了。好吧。每个人都听说过爱因斯坦的方程E等于MC平方。没有人知道它是什么意思。也许他们听说过能量等于质量、质量等于能量。我不知道，你知道的。但他们听说过这个方程，全科学界最著名的方程。但这个方程里蕴含着一个极其迷人的概念：能量和物质是等价的，事实上你可以把运动的能量转化为质量。这是我们早就知道的事情。这基本上在1928年就被预言了，所以是很久以前，实际上差不多一百年前。而且这一点毫无争议。我们一直都在这么做。
最简单的做法是取两个没有结构的粒子，你知道，最接近于真正数学意义上的BB弹那样的东西。如果你把这两个东西撞在一起，一个从一个方向带着巨大的能量过来，另一个从另一个方向带着巨大的能量过来。方向相互抵消，所以净动量、这个系统的净能量没有运动。所以你有这两个东西以，你知道，完全平衡的能量相向而来，如果它们相撞，它们可能会停下来。嗯，那份能量必须有个去处，而那份能量真的可以创造质量，创造粒子。不过，这个过程有一些特殊的规则。如果你让两个东西撞在一起并产生了一个粒子，它必须同时产生一个反物质粒子来平衡它。
这差不多就是自然法则的规则。为什么会这样？嗯，我们有一些想法，但在很多方面，答案就是因为这些是宇宙的法则，而这正是我们试图理解的东西。
但这绝对是真的。所以粒子加速器所做的事情之一，就是简单地把能量转化为粒子。所以基本上，任何自然界中不存在的粒子，我们都可以用这种方式制造出来。你可以通过取两个粒子、把它们撞在一起来制造反物质电子。能量就在那里，它会产生一个电子和一个反物质电子，它就是会这样。我们知道这一点。反物质电子是在1932年被发现的。这些都相当简单。反物质质子是在1955年在伯克利的Bevatron（高能质子同步稳相加速器）上被发现的。所以这就是你要做的。你可以把能量转化为一对物质-反物质粒子。而反过来也成立，这是我们之后可能会谈到的。
你可以把物质和反物质放到一起，它会产生能量。这个过程可以双向进行。能量可以产生物质和反物质。物质和反物质可以产生能量，这就是事实。我们一直都在这么做。毫无疑问情况就是如此。
我们还应该提到，这就是为什么费米实验室储存了相当可观的反物质粒子。所以作为一种副作用，你也可以用这种方式收集反物质。
当然。
你可以生产反物质，但代价极其高昂——
哦，非常、非常高昂。在费米实验室的机器上，我们必须把10万个质子撞到某个东西上，才能产生一个反物质质子。所以我是说，这需要下一番功夫。
是否存在某种极其精确的配方，能够生产特定种类的粒子之类的东西？当你把两个东西撞在一起时，你如何能够准确地控制你想要产生哪种粒子？
如果你想制造反物质电子，你就以某个特定的能量把……撞在一起——用电子会更容易，因为据我们所知，电子内部什么都没有，所以它们很简单。它们有一个确定的质量，仅此而已。所以如果你以正确的能量把粒子撞在一起，你就可以非常、非常容易地制造出它们，因为你可以——这就像过去的老式收音机，你得调台。你可以正好调到电台上，听到信号，而如果你偏了一点，就收不到了。而对于质子之类的东西，问题在于它们不是点状粒子。它们有点像装满了东西的垃圾桶，所以制造反物质质子非常困难。
不过，你可以通过提高两个粒子对撞的能量来得到更多的反质子。如果你低于某个能量，比如说你以比较低的能量对撞两个质子，你就是没有足够的能量来产生一个反质子。所以它不会发生。达到某个能量时，你就能勉强产生它们。你对撞的能量越高，产生的就越多。这差不多就是它的原理。越多越好。
然后关于欧洲核子研究中心（CERN），如果你比较一下CERN和费米实验室，我这里查一下Perplexity：CERN的加速器——大型强子对撞机（LHC）——是世界上能量最高的质子对撞机，而费米实验室现有和计划中的加速器专注于用于中微子物理的高强度质子束——
没错。
……而不是推进绝对能量前沿。绝对能量前沿指的是以尽可能高的能量对撞质子。
没错。所以首先，我们刚才在谈，比如说，积累反物质。
是的。
对吧？所以那里通常是在制造反质子，而不是泛泛地制造各种粒子。所以我们先从反质子这方面谈起。
对吧？费米实验室现在已经不再制造反质子了。我们在2011年停止了制造，原因是我们关闭了大型加速器，以便专注于粒子物理的另一个方面。不过，在当时，我们会以120 GeV的能量对撞质子，并由此产生反质子。这是非常大的能量。确实，CERN的加速器，那台大型加速器，现在的能量比费米实验室的加速器当年要高得多。这没问题。但他们并不是用它来制造反质子的。所有这些大型束流大型实验室，都不是只有一台加速器。在费米实验室，有五台不同的加速器，这基本上就像开老式手动挡汽车换挡一样，因为你不可能在一台加速器里从零直接加速到超高速度。
你必须从一台换到另一台，速度越来越高。嗯，在CERN，他们用的基本上是他们那个非常大的加速器群里的“二挡”来制造反物质质子，他们那台加速器只有26 GeV，而费米实验室是120 GeV。费米实验室现在没有在运行，但当它运行时，它的运行能量大约是CERN现在的四倍。为什么会这样？嗯，这是因为CERN不需要制造像费米实验室那么多的反质子。他们目前在进行一个非常不同的实验项目。他们在进行一个非常迷人的实验项目，包括试图弄清楚反引力是向上落还是向下落，这挺有意思的。我们差不多已经知道答案了。那是另一回事。
不过总之，回到反质子这件事上来——……虽然费米实验室现在不做了，但它曾经是老大。现在不是了。唯一真正大规模的反质子加速器制造者是CERN的一台小型加速器。好了，这就是反质子的事，如果我们回到反物质的话题，我们可以谈谈那个——……因为那真的太酷了。
是啊，超级酷。
不过，再说说你提到的另一面：要制造高能量的未知粒子，越大越好。LHC 确实是一台能量非常高的机器。按每次碰撞的能量算，它大约强七倍。它每秒的碰撞次数也大约是费米实验室那台机器的 100 倍。所以 LHC 确实能制造出比老的费米实验室加速器，也就是 Tevatron，曾经能造出的更大、更重的粒子。
确实如此。所以如果你想研究高能的东西，没错，现在你得去 CERN（欧洲核子研究中心）。这也是为什么我的许多同事，包括我自己，在用费米实验室加速器完成了我们认为能做的所有那些前沿测量之后，看到了这台更大、更强的机器，能量是七倍，每秒碰撞次数是 100 倍，我们就说：“那还用说，咱们去那儿干吧。”给你一个规模上的概念：顶夸克是迄今发现的最重的粒子，1995 年在费米实验室被发现，当时有两篇发现论文。我是其中一篇的合著者，我们花了六个月到一年之间相当长的一段时间收集碰撞数据，碰撞数量非常多，而我们的论文里只有 38 个顶夸克候选事例。38 个。
而且我们知道其中一半是垃圾，因为造这样一台探测器时，会有所谓的本底，也就是说既有本底，也有好东西，我们知道大概是五五开。所以在收集了六个月到一年的数据之后，我们也许只有 19 个顶夸克。但现在在 LHC，我们每秒就能产生一个顶夸克。这就是更高的能量和每秒更多的碰撞能带给你的。有了额外的能量，你就超过了阈值，能大量产生它们；而把 1995 年的费米实验室加速器和现在的 CERN 加速器相比，每秒碰撞次数大概是 1,000 倍。所以它从费尽心血、像拔牙一样艰难，变成了，嗯，现在顶夸克成了本底。我们想办法把它们去掉。它们实在太多了。
它们妨碍我们寻找我们真正想找的东西。它们简直是，太三十年前了。
顺便问一下，这里的信号处理有什么可说的吗？比如怎么去除噪声，怎么去除本底，怎么判断哪个粒子是哪个？那里面大概有非常惊人的细微之处，甚至超出了这次对话的范围。
那我先抛几个数字出来，好吗？CERN 的加速器运行时，碰撞以惊人的速率发生。我们每秒大约有十亿次碰撞，是十亿（billion）。那么，每一次碰……对，对，我就是这么说的。实际上，其中有些碰撞是同时发生的，所以每秒大约有数量级为 4,000 万个时刻可以拍一张照，而在每个这样的时刻里，可能有 20 次碰撞。十亿这个数就是这么来的。
好，但你能逐个精确定位这些碰撞吗？
某种程度上可以。这些束流，你知道……人们一想到束流，就会想到激光束之类的，但粒子束其实不是那个样子。粒子束看起来像一根根细小的意大利面条，只不过要细得多。它们没有一根意大利面那么粗，而在 LHC，不同的加速器各不相同，它们大约这么长。所以你有一束朝一个方向走，里面满是质子……另一束朝另一个方向走，也满是质子，它们互相穿过。当它们……互相穿过的时候，你应该把它想象成一群蜜蜂。
这就像一群蜜蜂，大多数蜜蜂彼此穿过，什么也没发生。但每隔一阵，就有一些蜜蜂迎头撞上，条纹、翅膀之类的东西飞得到处都是。
太棒了。太棒了。
所以当它们相互穿过并发生碰撞时，你知道，一次碰撞在这儿，一次在这儿，一次在这儿。在横向上你分辨不了太多，因为束流非常细，大概只有一根人的头发那么粗。但沿着束流方向你可以分辨出来。而且它们，你知道，大概就是这么长。所以我们在周围布置了探测器，我们真的能看到：哦，粒子是从这儿出来的，粒子是从这儿出来的。
这真了不起。好。所以在任何一次束流交叉中，大概有 20 次碰撞。大多数碰撞完全无聊。它们无聊是因为它们体现的是我们已经非常了解的物理。我们已经检验了几十年。我们全都知道。我们不在乎。我是说，我们能说出“哦，对对，我们每秒制造十亿个亚原子粒子”，这有点满不在乎，可谁在乎呢，你懂的？不过前沿科学家就是这样。所以你需要的是把那些酷的、奇怪的、以前没人见过的挑出来。于是事情是这样的：这些束流发生碰撞，我们用一台巨大的探测器把碰撞点包围起来。
LHC 有两台极其巨大的探测器，一台叫 CMS（紧凑缪子线圈），就是我参与的那台，另一台叫 ATLAS（超环面仪器）……就是另一台，我们不提它，因为……不，它们俩都非常了不起。
好吧。很高兴知道即使在 CERN 内部也有友好竞争。
是的，是的。
太棒了。
我是说，事实是它们都是很了不起的、绝对了不起的探测器。
对。但 CMS 就是比 ATLAS 酷那么一点点。
哦，对，对。我是说，你知道，在粒子物理学里，我们真心希望竞争对手做得非常好，只是别好到和我们一样。
明白了。
对，对。
好。
所以……
所以说到这两台巨型探测器。
对。所以，其中一台，我们的探测器，CMS 探测器，是小的那台。它长 70 英尺，高 50 英尺，宽 50 英尺，有五层楼高，重 14,000 吨。
小的那台，嗯。
小的。ATLAS 实验长 150 英尺，宽 80 英尺。它只重 7,000 吨。小菜一碟。你可以拿 ATLAS 探测器，往一个英式足球场或美式橄榄球场上放四台，就能把场地占满，边线上只剩刚好够啦啦队、送水小弟、教练这些人待的地方。它们就有这么大。
不错。
所以这些是极其巨大的探测器，基本上它们就是相机，每秒能拍 4,000 万张照片。所有数据都从探测器源源不断地流出来，我们没法全部记录下来。那会把我们所有的磁带都塞满，而且里面全是我们不关心的无聊东西。所以我们的做法是，在束流相互穿过时，教我们的探测器说：“我们只要那些具有某些可能有趣构型的事件”，比如探测器里有一大团能量，或者一边有一大团能量而另一边什么都没有，或者有四团能量之类的。这些叫作触发（trigger）。
所以这些……我们有快速电子学系统，它面对每秒 4,000 万张可能的照片，会说：“你知道，其中大约 100,000 张真的很酷，我们应该考虑一下它们。”然后它不是把全部 4,000 万张，而是把那 100,000 张传到下一级。下一级是商用处理器，上面运行的基本上就是我们的最终分析代码，只不过经过优化，跑得非常非常快。它们做的是非常粗略快速的分析，进一步筛选哪些是好的、哪些不是。然后那个计算机集群每秒大约接受 1,000 次碰撞，我们把这些记录下来做进一步分析。这就是实际发生的情况。在每秒 5,000 万次可能的碰撞中，先由快速电子学系统、再由计算机挑出那一千次。
然后我们让它们经过分析软件，交给研究生，他们在里面仔细翻找，寻找那少数几个会成为下一个诺贝尔奖的事例。这就是整个过程，而这真的令人震惊。我……向加速器建造者、探测器建造者、让软件正常运行的人致敬，还有那些让数据在全世界无缝流动的人，这些数据不是 GB 级，也不是 TB 级，而是 PB 级。真的很了不起。我非常感激。
那带我回到 2012 年 7 月 4 日，希格斯玻色子被发现的那一天。
这真的很有意思，因为寻找希格斯粒子的人是一个圈子，整个圈子都知道 LHC 即将投入运行。所以即便我们很多人一直在做费米实验室加速器的工作，很多人也正在转向 CERN 的加速器。于是我们处在一种非常滑稽的境地：一边戴着费米实验室探测器人员的帽子，拼命想在费米实验室找到希格斯玻色子……一边又戴着 CERN 的帽子，知道只要它存在，CERN 就能找到它。所以，你知道，我们有点神经质，有点希望我们的老设备能成功，而且两个实验里都有非常多的人。
你当时是否觉得这两个地方之一能找到希格斯粒子？首先，你认为希格斯玻色子存在吗？其次，你认为这些加速器有机会找到它吗？
我当时意识到希格斯玻色子可能并不存在，但有很多证据指向它可能存在。我知道这两个实验，费米实验室的加速器和 CERN 的加速器，要么会找到希格斯粒子，要么会排除它（如果它存在的话）。
排除？
嗯，那是一种可能。我是说……也许希格斯理论是错的。对吧？在你确知它存在之前，它都可能是错的。就像暗物质。人们谈论暗物质，但它可能不是真的。我是说，我……它很可能是真的，但也可能不是。
所以你知道在这些能量水平下，你会……你应该能找到……
是的
……希格斯玻色子。
是的。这就是这类物理的好处，因为当时有一个理论，那个理论做出了预言。当然，理论里有一些我们不知道的参数。如果质量是这个，我们会得到这样的结果；如果质量是那个，我们会得到那样的结果。但我们可以对每一个可以想到的希格斯质量做计算，然后就可以去搜索。比如，假设希格斯质量是某种单位下的 100，我们在那儿看到它了吗？没有。那它就不是 100。好，我们看看 103，在那儿吗？没有。所以我们能这样做。两台加速器要么能找到它，要么能明确排除简单希格斯理论的预言，百分之百保证。
不过，CERN 的加速器每秒碰撞次数是 10 倍，能量是三倍半。还记得我说过的顶夸克吗，六个月得到 19 个，对比每秒一个？这毫无疑问，结局早已注定。如果它是真的，LHC 会更容易找到……不过，但是，你知道，我是费米实验室的科学家，我们希望费米实验室，你知道，拜托，我们希望费米实验室……赢。
当然。
不是，你知道。所以我们拼了老命，而且我们做了我说的那些事。我们排除了这个区域。我们有一些特定的质量范围，我们知道它不在那里。最后我们说，如果有希格斯玻色子，如果它存在，而当时我们并不知道，那么它的质量在，如果我没记错的话，大约 120 到 145 之间。好吧？其他范围我们都排除了。于是戴着 CERN 的帽子，我们说：“好，我们会找到它的。”但我们真的、真的、真的在努力去做。如果我们再有两年、也许三年的费米加速器运行时间，费米实验室就会发现或排除希格斯玻色子，或者就这次而言，事后证明是会发现它，因为它是真实存在的。我们毫无疑问会找到它。
但在2012年7月，我们的数据还不够。我们还需要再多几年。不幸的是，或者说幸运的是，大型强子对撞机在2008年启动了。它出了故障，他们不得不把它修好。2010年它再次启动。2011年运行状况不佳。到了2012年，他们撸起袖子说：“咱们干吧。”然后它就运转起来了。所以，你知道，当时有这么一种……费米实验室知道，如果现在拿不到结果，就太晚了。总之，到了2012年，欧洲核子研究中心的发布会是在7月4日，大概在那之前两天，费米实验室做出了一项测量，并表示：“我们可以排除某些区域，但有些区域我们还无法排除。不过我们知道的是，这一点很重要，如果希格斯玻色子存在，它一定位于我们目前还无法排除的这个区域内。”
这就是在大型强子对撞机宣布“我们找到了”之前两天我们所处的状况。那是2012年7月4日。
所以，探测到希格斯玻色子证实了希格斯场的存在，而在标准模型中，电子和夸克这样的基本粒子正是通过这一机制获得质量的。
没错。不过，我们要非常具体地说清楚当时做到了什么。我们发现了一个与希格斯玻色子存在相符的粒子。当时有一些替代理论预言的不是一个，而是多个希格斯玻色子。比如有一种叫超对称的理论，它认为希格斯玻色子不是一个，而是五个。而1964年最初的标准希格斯理论说只有一个。所以当时我们真正知道的只是我们找到了一个理论。我们并没有确切证实希格斯是对的。我们找到的数据表明希格斯看起来是对的，但在运行更长时间之前，我们无法排除其他替代理论。情况就是这样。
如今，随着时间推移，毕竟已经过去，多少来着，14年了，我们基本上已经能够排除其中一些其他可能，到现在我们已经验证了很多东西。我们测出了这个粒子的质量。我们知道希格斯玻色子的自旋，它的自旋为零。我们发现了希格斯玻色子的衰变。在能量守恒允许的范围内，它会优先衰变成最重的粒子。它不能衰变成顶夸克，它太轻了，没法衰变成顶夸克，但它可以衰变成底夸克。它可以衰变成W粒子和Z粒子，还能以一种奇特的方式衰变成光子。而且我们已经寻找了最初希格斯理论所假设的所有衰变……
……并且我们已经证实，它确实以理论预言的速率按这些方式衰变。所以现在，经过这么长时间，我可以相当放心地说，彼得·希格斯、罗伯特·布劳特和弗朗索瓦·恩格勒，以及他的同事们，早在60年代就是对的。但在7月4日那天我们并不确定。我们只知道我们找到了一个相符的粒子。可问题是，这类发现往往只是勉强够得上发现。要去做那些更复杂、更细致的测量需要一段时间，而这正是我们一直在做的。
我记得当时它被称为“上帝粒子”。你还辅修过神学，所以把这些放在一起看，称它为上帝粒子是在强调发现这个粒子的重要性，或者说潜在的重要性。你认为这在某种程度上说得过去吗？比如说，如果我们看它对物理学史的巨大影响，找到它并证明希格斯场真实存在，到底有多重要？
嗯，我不认为它像爱因斯坦的某些成果那么重要。我是说，它是……它是一个重要的预言。比如，夸克的预言就非常重要，而验证它也很有意思。希格斯有点像是验证了夸克存在那样。它是一块重要的垫脚石，我无意以任何方式贬低它，但有些成果改变了我们看待世界的方式，就像爱因斯坦的那样。它不属于那一类。还有一个有趣的故事。之所以叫它上帝粒子，是因为利昂·莱德曼的一本书，如果你读过他的书，他说：“嗯，你知道，我们叫它上帝粒子（God particle），但其实应该叫它该死的粒子（goddamn particle），因为为了找到它，它给我们添了太多麻烦。”
利昂曾经执掌费米实验室，所以……他还为我的一本书写过序，你知道，我和他聊过。他是个非常风趣的人。而真实情况是，那本书之所以叫《上帝粒子》，是因为他的出版商认为这样能多卖几本。但是，你知道，后来这个说法进入了记者等人的固有印象，于是我们就叫它上帝粒子了。利昂从来没有真正认为它和宗教有任何关系，甚至……我是说，他是个特别爱开玩笑的人，“该死的粒子”。
它确实是我们宇宙模型中非常重要的一部分。
是的。
存在这样一个场，它赋予某些粒子质量，而不赋予另一些粒子质量，这……
对。这是件大事，但它本来就是标准模型的一部分。标准模型有已知的力，有已知的粒子，这些它都有。关于希格斯玻色子，有一点确实如此：它是标准模型中最后一个尚未得到验证的部分。标准模型并不能回答所有问题，这也是为什么物理学中还有悬而未决的问题，但它是一个句读，标志着大约50年的发现与探索告一段落，我们终于可以说，标准模型虽然不完整，但在它所涵盖的范围内基本是正确的。
用10秒钟快速感谢一下我们的赞助商。请在节目简介中查看它们。这确实是支持本播客的最佳方式。请访问 lexfridman.com/sponsors。现在，亲爱的朋友们，让我们回到与唐·林肯的对话。我们对物理学史做了一次旋风式的巡礼，又稍微岔开话题聊了聊希格斯玻色子这一了不起的发现。但我们还没有走完全程。有一个关于大统一理论（GUT）的梦想，它是迈向万有理论（TOE）的一步。那我们能先谈谈大统一理论吗？大统一理论包含哪些内容？
GUT是grand unified theory的缩写，即大统一理论。我们谈过，已知有四种亚原子力：电磁力、引力、强力和弱力。而电弱对称性统一把弱力和电磁力合并成了电弱力。所以大统一理论希望做的是，把电弱力和强力合并成一种大统一的力。这样一来，引力就被留在了外面，因为引力看起来在根本上有很大的不同。
随后，人们希望在更高的能量下，我们能够把万有理论与所有已知的亚原子力，也就是强力、弱力和电磁力，再加上引力，融合在一起。所以，正如你所说，大统一理论算是途中的一个中转站。这就是目标，而在目前这个阶段，我不得不说，我看不到在不久的将来会有快速进展。我认为目前我们离那一步还有相当长的距离。
你是说在引力方面？
也许我们会想出一些非常酷的东西。在80年代初，我们确实有过一些想法，也做了检验，但结果都没成。
说到这个，你指的是弦理论。弦理论认为粒子是微小的振动弦，这里说的微小是指极其微小，达到普朗克长度的尺度。此外还有其他主要候选理论，比如圈量子引力。也许还有一些正在发展中的替代理论。那你能再多谈谈这方面吗？你认为万有理论存在吗？
我个人认为，存在一些支配物质与能量、空间与时间的规则，而它们很可能是我所不知道的规则。很可能还有我没有意识到的现象。但我确实相信，存在着某种支配现实的规则。所以从这个意义上说，一旦我们理解了支配现实的规则，也就是那些基本规则，那就是万有理论。你知道，有些东西是不可知的，比如黑洞内部，我们不知道里面有什么，但这并不意味着里面什么都没有。所以，我们能够知道的东西与真相之间是有区别的。
所以我确实相信这些规则存在，而且我确实相信，只要有足够的时间、技术和努力，我们终将把这一切弄清楚。不过，这不是我有生之年能实现的事。也不是我孙辈有生之年，甚至他们的孙辈有生之年能实现的事。
哇，哇，哇。这个说法相当强硬啊，对吧？说我们离找到万有理论还有五十到一百年，这是一个相当强硬的说法。
从统一引力到统一电磁学，花了两百年。从统一电磁学到统一电弱力，花了一百年。你可能会说，哎呀，从两百年缩短到一百年，所以速度在变快。但难度也在增加，因为统一能标在10的15次方量级，我们可以算一下，这比我们今天能建造的最高能量加速器还要高一千万亿倍。
而且这是一回事，你知道，我们正面临收益递减。粒子加速器的能量大约每二十年提高七倍左右。而我们需要提高到一千万亿倍。如果你真的相信每二十年提高七倍，那么我们说的大概是五百年。但你知道，这就像摩尔定律一样，它不会永远持续下去。我们不可能每二十年都再提高七倍。所以是的，我认为这需要非常长的时间。这是我的预测。你知道，有些人要乐观得多，我们可以聊聊这个。
我们还应该，我应该提一下，我猜你这种直觉背后的原因，不只在于提出一个优美且看起来内部自洽的理论，而在于你必须有一个能做出可证伪、可检验预言的理论。
没错。
而且你还必须有可行的工程建造方案，也就是一套能设计出实验来检验这一预言的方法。所以我觉得，你那种“这是五十年、一百年、两百年以后的事”的直觉，很大程度上可能是关于第二部分的，也就是你需要有一个实验。
是的，是的。不过你知道，比方说，我是说，你提到了超弦。那个问题我还没回答。我先暂且搁置一下。超弦是一个非常迷人的想法。我不相信它，但我很喜欢它。我希望它是真的。有一句真正的格言是这么说的：你绝对不应该相信你所想的。所以即使你认为超弦是真的，你也不应该相信它，因为它还没有经过检验。
现在，假设超弦是正确的。我是说，作为假设，它是正确的，百分之百正确。我不知道它是否正确，所以我不在乎。我是说，你知道，它可能是正确的，但在得到验证之前，它就只是一个瞎蒙的猜测，你懂吧？所以我，我们必须有办法去验证它。所以是的，实证这一面很重要。我是说，你可能明天一觉醒来就有了一个完美的理论，但如果我无法证明它，我就不在乎。
如果我们去思考，这要回到 The Great Courses 的《现代物理学的证据》（The Evidence for Modern Physics）课程……我们谈论的能级和微小粒子到了这样的程度：我们要做的那种预言并不是加速器类型的预言。所以很可能根本不可能建造一台能探测到弦之类东西的加速器。因此你必须对宏观尺度的行为做出预言。
那是另一种选择。
这是一种不同类型的预言。
当然。
§02文字实录 2
我们对那会是什么样的预言有没有哪怕一点直觉？当然，其中一条思路与黑洞或奇点有关。黑洞物理结合了广义相对论和量子力学的某些要素。所以那里……你可以看到某些可以做出的预言，但你没法真正去摆弄一个黑洞。你不可能在实验室里造出一个黑洞。
而我们所说的这些能量、这些尺度，都处在黑洞内部，而黑洞内部从本质上讲你永远都看不到。
所以，你知道，你只能看到黑洞的外部，看不到黑洞的内部。所以你刚才说的，你确实说了一件极其重要、也极其正确的事，而且它大概不会发生，但这仍然是好事，好吗？所以我们有两种选择。说到超弦，要么超弦是正确的，而且它做出的预言是在普朗克能标上的，那样的话我们就必须想办法建造能产生普朗克能量的设施。这是第一种可能。第二种可能是，这个目前只适用于普朗克能标的理论，有人想出办法拿这些方程去求解，求出的结果比如说能预测电子的质量。对吧？而这是件很棘手的事。
我不是弦理论学家，所以我没法告诉你这种可能性大不大，但我可以告诉你，他们从 80 年代起就一直在做这件事，而进展并不大。此外，我认为可以公平地说，弦理论仍然是一个模糊的想法。这么说并不公平，但让我告诉你我为什么这么说：因为他们手里有的，是近似方程的近似解，而这本身就说明，我们离真正把握住它还有相当一段距离。所以是的，外面可能有某个聪明的年轻小伙子或姑娘，某个此刻正在听这期播客的人，想出一种办法，用可处理的方式求解超弦理论，从它们目前适用的尺度一路做出预言，一直推到今天可测量的尺度。
如果那种情况发生了，好吧，那我可能会收回我的问题或者我的观点。我有理由认为那大概不是真的。那大概站不住脚。所以让我——我，我很喜欢这个话题，好吗？那我们退一步说。我要推销一下。我给牛津写了这本书，《Einstein’s Unfinished Dream》（意为“爱因斯坦未竟的梦想”），而爱因斯坦未竟的梦想就是提出一个万有理论。它之所以“未竟”，是因为，嗯，它就是还没完成。所以这本书的第二部分，也就是副标题，是“Practical Progress Towards a Theory of Everything”（意为“迈向万有理论的务实进展”），重点在“务实”上，因为当你读那些关于万有理论的书、看那些播客、听那些 YouTube 视频之类的时候，它们往往出自理论家之手。而理论家呢，他们是搞宏大想法的人。
他们非常、非常聪明，但常常缺少一种务实精神，意思是他们会说：“嗯，超弦，你看，你知道，有这些振动的小东西，那不是很酷吗？”而且，你知道，但你得落到“你真的知道吗？”这一步。那么我们假设超弦理论或者类似的理论是正确的。它应该出现的能标大约要高出 10 的 15 次方倍，也就是 10 的 19 次方 GeV。我们目前能做到大约 10 的 4 次方 GeV，上下差不多。所以差距就是 10 的 15 次方。那是高出一千万亿倍的能量。所以我们现在做的，就是用我们最好的测量来观察世界，然后试图外推到高出一千万亿倍的地方，搞出一个能解释一切的理论。
我，我，我有这个——我有几个类比，但我喜欢这一个。假设你是某个，你知道，200 万年前左右生活在非洲的南方古猿“老乔”之类的，在肯尼亚某个地方四处游荡。嗯哼。对吧？你身高大约一米，所以你能走一米。米这个尺度就像是你的尺度。嗯哼。你可以往每个方向走 10 米。那是 30 英尺，没问题。你可以走 100 米，300 英尺。你可以走 1,000 米。那是半英里。你可以走 10,000 米。那是 60 英里。100,000 米是 10 的 5 次方，而那，那就不太可能了。但从我们能看到的范围到普朗克尺度，我们需要跨越的距离不是 10 的 5 次方，而是 10 的 15 次方。所以这意味着，在我的类比里，想想这个在非洲四处走动的家伙。
现在，如果他走，你知道，100 英尺左右，那里看起来跟现在差不多。他可以对自己看到的东西做出预测，等他走到那个新地方，预测大概也没问题。但如果他开始往东走 500 英里，嗯，他这个在非洲中部四处走动的人，根本没有比如说印度洋的概念。他永远不会预言出抹香鲸或者海怪。他永远不会预言出海底是什么样子。再往北走，他身在非洲，他永远、永远都不会对阿尔卑斯山或南极洲有任何概念。哪怕走更短的距离，往上走一英里，情况也不会有太大不同。但如果他往上走 10 英里，他就无法呼吸，还会冻僵。如果他往上走 100 英里，他会死。如果他往下走两英里，他会被烤熟。
重点在于，我们就像那只南方古猿。我们有一个可以研究的领域，我们甚至可以在一定程度上有效地预测，如果走出去一段距离会发生什么。但走得越远，我们的局部预测就越来越不能代表那些更遥远时代的真实情况。所以基本上，他关于世界的理论会完全是瞎扯。所以即使他有最好的理论，他的理论也不会预料到阿尔卑斯山。它不会预料到企鹅。对吧？火烈鸟，也没有。是啊。你知道吗？事实就是如此。所以这就是我们正在做的事。我们拿着某样东西，我们有理由理解我们所知道的东西，我们可以往外预测 10 倍或 100 倍。
但我认为，以为凭着我们从目前测量中得到的理解，就能把它外推到比我们现在能看到的高出一千万亿倍的地方，这是绝对的、傲慢的顶峰。所以我的看法是（部分是因为我是实验物理学家），取得进展的正确方式，也就是迈向万有理论的务实进展，是去审视那些我们目前还没有答案的问题。比如说，有没有比夸克更小的东西？我不知道。暗物质是真实存在的吗？我不知道。如果它存在，它是什么？我不知道。暗能量是真实存在的吗？是的，很可能是，但我不知道。空间和时间的本质是什么？我不知道。
但这些都是我们可以探索的问题，而我预计，这是我的预测，好吧，我们将在比现在好 10 倍或 100 倍的程度上把事情搞清楚，而我们也许能在我孩子的有生之年之类的时间里做到。但要让我们预测出高出一千万亿倍的情况，我相当确定超弦理论是错的。不是因为人们不够聪明，而是因为会出现某种新的东西。我是说，如果你当时研究的是化学，你永远不会预言出核物理，而那只是能量上的一个小小提升，对吧？
原子核里有某种东西让太阳燃烧，这个想法，人们当初不相信是有原因的，你知道，他们，他们计算过太阳应该有多老，结果它应该只有 1000 万岁，否则它早就燃尽了。嗯，这显然是错的，而它之所以错，就是因为核物理。这就是为什么我相当有信心地说，虽然有人可能会认为，嗯，超弦也许是对的之类的，也许它是对的，我也希望它是对的。如果它是对的，那会非常棒。但当你用那么短的杠杆臂搭出某个东西，把它外推到一千万亿倍之外，然后说：“哦，是的，我们搞对了。”这种概率有多大？概率有多大？我的回答是，你在开玩笑吧。
当然，我可能是错的，我承认我可能是错的，但这就是为什么我认为真正的问题不在于人类有多聪明，而在于那些我们还没发现的东西。我们不知道——我是说，一个简单的问题，我说它简单，其实并不简单：暗物质是什么？我们压根儿（哔）毫无头绪。一点头绪都没有。我们知道很多它不是什么，但我们不知道它是什么。所以，你知道，说到超弦。好吧，也许暗物质能纳入超弦，又或者暗物质受某种与超弦概念截然对立的物理规律支配。
请允许我在这里做一点思想实验，简短地想一想。我的直觉是，当你提出一个万有理论时，你想做出的那种预测，需要一种像爱因斯坦那样在概念理解上的飞跃。比如说，你想提出类似时空这样的东西，然后引力——
当然
……弯曲空间、时空。所以不仅仅是你有了这个漂亮的数学框架，而是这个框架能让你足够深刻地重新思考你看待现实的方式，从而做出关于宏观世界的预测。
我是说，要提出类似时空这样的东西，你知道，比如说有一种想法认为空间和时间并不真实存在。它们是从熵中涌现出来的。是的，那是一种，一种新的思维方式，也许有一定道理，我也希望人们去思考它。但归根结底，它只是一个想法，而这才是真正的关键。而且，而且正如你所说，它必须和宏观世界联系起来。你必须验证。如果你不验证，那就是个疯狂的想法。理论家是极富创造力、聪明、非常有趣的人，但我不在乎。我要的是一项能验证这个想法的测量，因为有那么多——我是说，如果你去读期刊，有那么多理论论文，带着各种巧妙的想法，最后都死掉了。
你知道，最近有一个我很喜欢、而且可能仍然成立的想法，是关于暗物质的。你知道，我们关于暗物质的简单模型是，外面存在一种很重的亚原子粒子，它四处飘荡，产生引力。但有人说：“嗯，你知道，也许存在复杂暗物质”，意思是存在一整个暗区，所以有暗原子，它们彼此相互作用。这是个巧妙的想法，我很喜欢。它曾经风靡一时，我们也研究过它，它可能仍然成立，但那些简单的版本大多已经被否定了，因为我们检验过，行不通。同样的情况，曾经有过关于大额外维度的讨论。
引力之所以比其他力弱得多，原因可能是，嗯，也许引力能比其他力溜进更多的维度。
它泄漏到了那些维度里。
那是个很酷的想法。我是说，但重点就在这里：你会有这些可爱的、很酷的、有趣的想法，而它们不断地死掉。所以，你知道，我很希望某个新的巧妙想法就是那个对的想法，但我不知道怎么从错误想法的飓风里把它挑出来。
我是说，这才是科学真正的美妙之处。它真的是——我是说，理论有时候会拿走一部分荣光，但真正的美来自实验，来自对理论正确性的证明。
而且有两个方向。你说的是自上而下。有人提出一个可检验的宏大想法。但科学还有另一种前进的方式，它不是先有理论再去检验，而是“咦，这很奇怪”。比如说，无论是 20 世纪 30 年代的弗里茨·兹威基，还是 20 世纪 70 年代的薇拉·鲁宾，她做了一件简单的事。她问：“星系旋转得有多快？”因为这很容易计算。你真的用高中物理就能算出来。你得到一个答案，然后你去测量，结果是错的。所以我会——那，那就是“哇，咦，我不知道那是什么”。而这引出了暗物质这个假说。当然，暗物质并不是一个万有理论，但它是一条线索。一条强有力的线索。
我们应该拉一拉、扯一扯这根线头。也许我们整个理论大厦会就此瓦解，也许不会。也许它只是一个小疙瘩，我们可以修补现有的理论。我不确定。所以另一种选择就是，直接去看大量非常精确的测量，从中找出那些结果与既有理论的预测不一致的，而那就是一条线索。
在结束这个话题之前，我们得聊聊弦理论。在你看来，它基本上已经死了吗？据我理解，弦理论的主要缺陷之一，撇开我们正在讨论的可检验实验不谈，在于它依赖那些尚未被观测到的额外维度。人们曾希望它能唯一地解释我们的宇宙，但结果发现，它会导出一个所谓的、引号里的“景观”，一个包含海量可能性的所谓“景观”。于是这个理论基本上丧失了预测能力，因为它可以描述各种各样的宇宙——
当然。
……因此你只要挑选、调节一下，就能让它描述我们的宇宙。
我在一定程度上同意。但我要回到我之前的反对意见。确实，超弦理论在目前的形式下，撇开额外维度不谈（那在某种程度上只是小问题），允许存在数量极其庞大的可能宇宙。但如果我们能拿这些预测，设法把它们和某个物理测量联系起来，那我们要做的就是砍掉那些备选项。我们会把它们扔掉，说：“嗯，你知道，这些就像一个方程，比如 X 加 5。”我可以往里面代入任何我想要的数，无所谓。但如果 X 加 5 等于 9，那我就排除了一大堆数，只剩下 4。
所以这种情况就是，弦理论确实允许许多种预测，但如果我们能通过与测量的联系把它们排除掉，它就不会再这样了。我们会修改弦理论，同时保留振动弦的概念，我真的、真的很喜欢这个概念。我是说，我真的很喜欢。但在我们能验证它之前，我们做不到。那么现在你问，它死了没有？在我看来，要扼杀这样一个理论是非常困难的。我是说，真正彻底地扼杀它，因为扼杀它意味着做出一个预测，而这个预测失败了。但可能发生、而且正在发生的情况是，人们从 70 年代就开始研究它了。所以我们说的是大约 50 年，人们一直在研究它，而它并没有解决问题。
所以我认为正在发生的是，人们看着这一点，心想：“我，我想把一生都花在这个方向上吗？而且很有可能 30 年后，我们并不会比现在前进多少。”这很像 20 世纪 40 年代，人们开始思考量子力学的意义。我小时候，在 70 年代，就想做这个。但后来我读研究生时意识到，有些人，非常聪明的人，比我更聪明的人，大半辈子都在研究这个问题，却没有取得决定性的进展。所以作为一个想要回答问题的科学家，你必须做出决定：我真的想去攻克一个难到在我有生之年都无法得到解答的问题吗？
我认为这就是很多超弦理论正在经历的情况。人们会说：“它真的很妙。它可能是对的，但我不想把一生奉献给一个在我有生之年可能看不到进展的东西。”
你怎么看那些替代理论？你觉得其中有什么有意思的东西吗？
你知道，很多这类理论都有热情的人在拥护。它们有拥趸。人们喜欢它们，但它们没有做到科学需要做到的事，也就是做出预测。不过，圈量子引力有点不同。它发展得更成熟，而且它不是万有理论，这一点我们应该说清楚。圈量子引力不是万有理论。它仅仅是一个量子引力理论，仅此而已。它并不追求纳入所有已知的力。它只是试图处理引力，而目前的引力理论本质上把空间视为光滑且连续的。对你的观众中有数学倾向的人来说，在爱因斯坦的广义相对论中，引力是可以无限分割的。
不存在最小的单元，所以本质上微积分的法则是适用的。然而，有可能在足够小的尺度上，空间不再能够被分割，就像你可以，你知道，从游泳池里舀出一杯水，然后舀出四分之一杯，依此类推。但最终，一旦你舀出的只剩单个水分子，你就无法再舀出比它更小的东西了。所以圈量子引力试图将引力量子化，这就是它要做的事。这和弦理论不一样，弦理论试图把引力和其他力统一到一起。事实上，弦理论之所以让理论物理学界如此感兴趣，那个根本的、唯一的原因是，弦理论当初并不是作为万有理论来发展的。
它当初是作为强力理论来发展的，与 QCD 相竞争，QCD 是目前公认的强力理论。结果这两派，也就是弦理论团队和 QCD 团队，竞争了一段时间，弦理论基本上在这场竞赛中落败了，人们转而关注量子色动力学，也就是 QCD。但后来有人注意到，弦理论预言的东西之一是一种零质量、自旋为 2 的粒子。而你可以证明，任何零质量、自旋为 2 的粒子都是引力子。
所以如果你看到一个理论里有零质量、自旋为 2 的粒子，你就有了一个把引力拉进来的候选方案。然后，天哪，人们变得极其兴奋，因为这个原本朝着其他量子力的方向发展的理论现在把引力纳入了进来，于是它成了万有理论的候选者。但圈量子引力不是这样的。圈量子引力只是试图理解空间本身的性质，这本身就已经是一件了不起的事了。而且，你知道，我时不时会和罗韦利交流。我会写文章介绍他的理论，并指出这个理论的一些问题，但我通常会落后大约两个月，因为他和他的同事们一直在推进、发展这个理论之类的。
因为其中一点是，圈量子引力最初预言光速并不是普适的。光速会取决于光的频率。所以高频光会以一种速度传播，低频光会以另一种速度传播，这基本上和光的波长与空间结构发生相互作用有关，如果，你知道的话。所以这曾是圈量子引力的一个问题。
所以如果你观察伽马射线暴源，也就是距离我们 10 亿光年或更远的天文超级爆炸事件，它们会发出所有波长的光；假如圈量子引力的那个预言是正确的，那么当你看到这样一个伽马射线暴源时，由于速度不同，你会看到一种波长的光与另一种波长的光在不同时间到达地球，但事实并非如此。它们是同时出现的。于是我接着说：“嗯，这差不多宣告了圈量子引力的死亡。”结果却收到罗韦利先生，或者说罗韦利博士，发来的一封带刺的短信，说：“你知道，我们已经否定那一点了。我们已经修改了理论。
那已经不成立了，现在那个预言，圈量子引力的那个旧预言，已经不再有效。”所以，光速具有一致性的这一观测结果不再能否定新的圈量子引力。它本可以否定旧的理论，但没有否定新的理论。
顺便说一句，那个光速随波长不同而不同的例子，一个理论能做到这一点真是太美妙了。那是一个可以检验的东西。
确实是。
对吧？所以，像这类东西，如果它确实解释了那样一种现象，那对这个理论来说是个好兆头，对吧？如果它预测正确的话。
最近还有另一个精彩的观测。我非常喜欢。那就是引力波的观测。它来自两颗相互绕转并最终并合的中子星。它们产生了引力波，太棒了，但同时，因为它们不是黑洞，而是中子星，它们撞到一起后发生爆炸，发出了一道极其明亮的闪光。于是天文学家看到了这道闪光。
引力波天文学家则看到了时空的涟漪。它发生在 1.4 亿光年之外，这意味着光要走 1.4 亿年才能到达这里，而这两个信号，光和引力，到达的时间前后相差在 1.7 秒以内。这告诉你，引力以光速传播。那是一次精彩绝伦的测量。当然，我们原本就认为引力以光速传播，但现在我们有了测量结果，我们证明了它，真该死，我太佩服了。
我们的宇宙太迷人了。说到这个，既然我们提到了反物质，我们就得聊聊它。你在好几次讲座中从不同角度谈过它，包括暗能量危机，也包括空的空间、真空等等。那我们就从空的空间这个角度来看。你知道，事实证明，空的空间并不是空的。
确实如此。这有点奇怪。
你能谈谈，关于构成空的空间的东西，我们知道些什么吗？
这是一个非常、非常难的问题，因为我们并不知道空间是什么。不过我们先从——
……我们就先从简单的东西开始。我们假设空间没有被量子化，好吗？当然，它很可能是量子化的，我不知道，但是，你知道，我们总得从某个地方开始。所以我们先从微积分意义上的空间开始，也就是可以无限分割的空间。量子力学的现代版本叫做量子场论，它假设：第一，空间是存在的。然后它假设，在空间之中，每一种已知的亚原子粒子都有对应的场。所以有光子场，有电子场，有上夸克场，有下夸克场。所有的场都有。这些场可以振动，而当它们振动时，这些振动就是亚原子粒子。所以电子场以某种特征方式振动，就是一个电子。
而电子场也有可能不以那种特征方式振动，它仍然在振动，但并不完全是一个电子。这就是我们所说的虚粒子。关于虚粒子，有很多种谈论方式，我现在讲的这种是我们所能采用的最正确、也最精深的方式。为了帮助理解，我稍后会简单地用一种更通俗的方式来讲。但现在，重要的是存在这些场。特定的振动就是已知的粒子。稍有不同的振动就是这些虚粒子。它们是并非真正存在的粒子。所以这就是我们所认为的空间。空间里有所有这些场。
它们都在轻微地振动。如果你注入恰当的能量，就能让它以特征方式振动，从而产生那种亚原子粒子。但即使你不这么做，粒子在那里，我是说，场就在那里，而且它们在振动。所以这些振动就是我们所说的虚粒子。现在，你的观众可能以其他方式听说过虚粒子，那种说法认为空间就是空的，而发生的事情是，物质粒子和反物质粒子会在极短的时间内短暂出现，然后重新结合、消失，重新融回场中。所以这两种说法都是正确的。
所以发生的事情就是，这就是量子场论所说的，它说这些涟漪在出现，或者说这些粒子在出现又消失。这听起来简直疯了。你看着空的空间，看不到任何事情在发生。但它们发生得太快，以至于无法被看到，不过它们确实会产生后果。我能想到有两项实验测量证实了这件听起来很疯狂的事确实在发生，其中一项叫做卡西米尔效应。在卡西米尔效应中，你拿两块金属板，也就是平行板，把它们放得彼此靠近，非常、非常近。
那么，如果情况是这样的，如果，如果这些虚粒子确实存在，那么在两块板之间，这些粒子不断出现又消失；在两块板外面，粒子也在不断出现又消失。但是，由于这两块板彼此靠得很近，这就限制了两板之间能够出现的粒子的波长，因为它们，这些粒子无法延伸到板的外面。所以短波长的粒子可以存在于板内……两块板之间，但波长较长的就不行。然而在板的外面没有这种限制，所以短波长和长波长的粒子都可以存在。
最终的净效应是，外面的虚粒子更多，里面的粒子更少，因此就产生了一个净压力，会把这两块板推到一起。这就是我们一直在说的一个预言，你猜怎么着？它确实发生了。那两块板真的被推到了一起。所以这就证实了这些粒子在真空中是存在的。另外还有一项测量，它涉及电子、μ子等粒子磁性的改变。这是在一九四八年发现的。如果你用老派的标准量子力学，你知道电子的自旋，知道它的电荷，就能算出它的磁矩，结果会得到一个数值。
如果你去做测量，你会发现测量结果和量子力学，也就是二十世纪三十年代的量子力学预测值不一致，相差百分之零点一，这是在一九四八年测得的。大家都“嗯？”了一声。这件事发生在纽约的谢尔特岛会议上。在回家的路上，一位看到了这项测量结果的人琢磨了一番，发明了我们现在所说的量子电动力学。旧的量子力学是对物质进行量子化。二次量子化则同时对物质和场进行量子化，在这里就是对电场进行了量子化。
在这种量子化的场中，理论预测，比如说在一个裸电子周围，它在自旋，带有，带有电荷，周围会有这样，这样一片粒子的“浴”，虚粒子在它四周不断出现又消失。所有这些不断出现又消失的粒子合在一起，会改变你能测到的这个亚原子粒子的磁性，而且改变的幅度是百分之零点一。我们已经测量过这一点，而且测得一点都不粗糙。我们对电子和μ子的磁性都测到了十二位，数一数，十二位有效数字。理论和数据一位一位地对照，有十位完全吻合。
然后到了最末尾那几位，理论和数据都存在一定的不精确性，这时它们就不一致了。所以那里也许有些有意思的事情正在发生。但十位数字吻合，这实在太惊人了。
所以虚粒子指的就是物质粒子和反物质粒子凭空诞生。
没错。
我们能不能专门聊聊其中反物质这部分？就从保罗·狄拉克说起，这是数学引出物理最具传奇色彩的例子之一。数学暗示像反物质这样的东西应该存在，保罗·狄拉克认真对待了这一点，最终也证明了它确实存在。那么，我们有哪些关于反物质的证据？
反物质是在一九二八年被预言的。保罗·狄拉克当时想把量子力学和相对论结合起来，因为最初的薛定谔方程并不，并不是相对论性的。在这个过程中，他基本上，方程很复杂，但归根结底可以化成类似“方程的平方等于一”这样的形式。两边开平方，就得到方程等于正一或负一。正一对应电子，负一对应某种东西。他不知道那是什么。有一阵子大家讨论过，以为可能是质子，但这似乎行不通。
于是他坚持认为自己的方程是对的，并认为存在一种反物质，他当时并没有叫它反物质，而是电子的一个带正电的“兄弟”，也就是我们现在所说的正电子，即反物质电子。所以它是被预言出来的。一九三二年，卡尔·安德森和他的学生塞斯·尼德迈耶发现了它。他们看到了一个反物质电子。这非常了不起。所以从那时起，他们就知道它是真实存在的。反物质被预言了，被观测到了，事情就是这样。一九五六年，反质子被制造了出来，这需要一台大型粒子加速器，能量要足够高才能产生它，这是在伯克利完成的。一年后，反中子也被发现了。
所以到了这个阶段，再跳到现在，我们可以利用能量，通过让粒子相互碰撞，制造出反质子，制造出反电子。我们甚至已经造出了反氦原子核。也就是说，我们制造了两个反质子和两个反中子，把它们结合在一起，形成反物质氦原子核。这已经做到了，已经观测到了，毫无疑问。在欧洲核子研究中心（CERN），他们甚至造出了反氢。他们从一台能量较低的加速器上引出一束粒子，制造出反质子。他们把反质子收集起来，让它们减速，再冷却到接近绝对零度。他们用钠-22来产生反电子。
他们让反电子减速，把两者放到一起，让它们结合，就造出了货真价实的反氢原子：一个反质子被一个反电子环绕。他们还做了非常了不起的测量。他们激发这些原子，使其发光。他们观察了反物质原子发出的光。问题在于，反氢原子发出的光，其光谱特征是否和普通氢原子完全相同？我们的预测是相同的。答案是：确实相同。所以这些检验非常惊人。我们现在对反氢已经有了大量了解。
最近，最近大概是二〇二三年，我记得是，欧洲核子研究中心一个名为ALPHA的实验制造了反氢，把它放进一个“瓶子”里，然后释放出来，观察它会往哪个方向走。它是往上掉还是往下掉？因为虽然这样想似乎也有点道理：也许反物质会往上掉，就像我们有库仑定律一样，电荷之间可能相互吸引，也可能相互排斥。然而，有大量充分的理论依据让人相信，反物质同样会往下掉。
于是他们做了这项出色的测量。他们先放入氢，并计算出如果这样做，大约百分之八十的氢原子会从瓶子底部掉出去，百分之二十会从顶部出去，这只是因为引力非常弱，原子从哪里逃逸都有可能，但会存在一种偏向，把氢原子往下拉。然后他们对反氢做了完全相同的事情，结果发现了什么？他们发现反物质是往下掉的。不过，他们目前的测量还不够精确，还不能断言反物质受到的引力与物质受到的引力百分之百相同。
他们测得的结果是，反物质下落时所受引力的强度是普通物质的百分之七十五，但不确定性很大。来自实验本身的误差是正负零点一三，实验做得不错但并不完美；来自他们理论模型的误差是正负零点一六。所以结果大致是零点七五，正负大约零点二九。这意味着它很有可能介于零点五和一之间……也就是说它与一是相容的。所以他们正在改进测量。
嗯，如果可以的话，我很想就这个话题稍微展开一下，因为我看你那些关于反物质的视频，看得完全停不下来。而且我是说，费米实验室有相当长一段时间都是反物质生产的中心。
确实是。
我看到美国国家航空航天局（NASA）说，全球目前反物质生产速率的估计值是每年一纳克。你能讲讲制造反物质有多难吗？另外，你在一个视频里也提到过，你知道的，物质和反物质相遇时会释放出大量能量。我记得二十克反物质的爆炸能量相当于一枚一百万吨级的核弹头。对，就是把这些问题放在一起问。那么，生产反物质到底有多难？
难得要命。好吧。好的。情况是这样的。直到二〇一一年为止，费米实验室都是地球上最强大的反质子生产设施。每二点三秒，我们会把十的十三次方个质子撞到一个靶上，得到十的八次方个反质子。所以基本上，为了得到一个反质子，我们需要把十万个质子撞进物质里。所以每二点三秒，我们能得到大约十的八次方个反质子。我们的做法是在大约十二个小时的时间里把它们收集起来，最终，我们还得收集它们、冷却它们等等，每十二到二十四小时能得到大约十的十二次方个反质子。
十的十二次方听起来很多。确实如此。那是一万亿。但你要记住，一克反物质是十的二十三次方个反质子。这就意味着，在一天的时间里，我们大概能造出千亿分之一克。如果这样做一年，那大约就是一纳克。所以大约每年一纳克，上下浮动一些。这是一个合理的估计。一纳克就是十亿分之一克，这意味着按照这个速率，用那套设施，在几乎不停机的情况下要运行十亿年，才能造出一克反物质。如果你把一克反物质和一克物质结合在一起，释放的能量相当于广岛和长崎两次爆炸的总和。
由此可知，如果你想要一百万吨当量，大约需要多25倍。所以你得运行250亿年，才能得到一百万吨当量的爆炸威力。
我来把这些全部摆出来，因为我觉得这其实挺有意思的。这是NASA对生产反物质成本的估算。把所有的，那个，那个，加速器的成本，所有东西加在一起，要造出足够做一枚一百万吨级反物质炸弹的量，如果这种东西真能做出来的话，大约是25克，就像我们刚才说的——
……根据NASA的估算，大约要花1.5千万亿美元。顺便说一下，NASA说的并不是炸弹。那是我自己加上去的——NASA说的是估算成本，每克反氢62万亿到63万亿美元，这才是他们实际指的。所以相比之下——我查了一些估算，目前最好的估计是在美国生产一枚一百万吨级核弹头需要多少钱。所有成本加起来大约是1000万到5000万美元。所以对于威力相同的武器，你说的是5000万美元对1.5千万亿美元的差距。对我来说，有意思的是，武器只是其中一个方面。另一种可能性，NASA也写过这方面的内容，就是在推进系统中使用反物质。
就像你可以使用核裂变，也许将来甚至可以使用核聚变一样。在推进系统方面，我看到说，如果我们能在20年内达到0.2倍光速，那么一克反物质就能帮助我们抵达半人马座阿尔法星系。也就是说，我们需要20年才能到达半人马座阿尔法星。像这样把反物质用于产生能量，有没有可能成为现实的未来？因为我们应该提一下，它极其紧凑。它的缺点也很明显，生产成本极其高昂。我们也不知道如何做到那种规模。好处是它很紧凑。
它的威力非常大。所以简短的回答是，这不是一个物理问题，而是一个工程问题。所以这种事我有专门的人来负责。
好吧。嗯，是的。
好吧。不过，不，不是这样。事实是，反物质如果你能把它聚集起来并储存起来，当然可以，你就能用这些反物质去加热物质，再把物质从火箭尾部喷出去，然后它就会，你知道，做火箭该做的事，让我们跑得很快，这没问题。
而且我们应该提一下，你刚才说的那一点是对的。最大的挑战之一就是约束——
哦，百分之百，是的。
……因为反物质一旦与物质接触——就是个麻烦。
没错。所以如果你在前往半人马座阿尔法星的旅途中，哪怕只有百万分之一秒没能约束住它，砰，那可就不妙了。你知道，这让我想起《星际迷航》里斯科蒂说的那段：“舰长，你知道，反物质舱快要——听着，我们正在失去约束。它要爆炸了。”而那正是会发生的事情。所以简短的回答是：是的，原则上我们可以制造反物质并把它用作能源。但很可能还有便宜得多的能源。你知道，这取决于你需要做什么。旅行者号探测器至今仍靠钚在坚持运行。当然，它们现在快耗尽能量了，但如果有需要，我们大概能做得更好一些。
所以我喜欢反物质这个想法，你知道，但现实是它的危险——不是武器那种显而易见的危险，而是如果你想乘坐一艘以反物质为动力的飞船，一旦反物质失控泄漏出来，嗯，你根本不会察觉到。一切就到此为止了。
我之所以觉得这有点鼓舞人心，是因为反物质所处的物理学领域里有很多谜团，还有大量探索要做。所以它与能源的这种联系意味着，如果我们在反物质方面取得一系列突破，那可能会带来更好的推进系统、更好的能源生产系统。
原则上是这样。
这里面有一部分是工程问题，但也有一部分是对基础物理的理解。
我是说，我们知道怎么做这件事。你知道，我们知道：你利用能量，就能制造出反物质。你得约束它，得储存它，得完成所有那些困难的事情。但如果出现某种，比如说，对……理论的新补充，让反物质的生产变得更容易，那我会非常震惊。
有意思。所以我们知道如何用加速器生产反物质。你是说，物理学上不会出现能带来其他反物质生成机制的突破？
你必须把能量集中起来。就这样。如果有另一种集中能量的方法，那也行得通。
而我们目前所知集中能量的最好办法就是加速器。
而且要记住，我们说的是把能量集中到质子大小的体积里。我是说，如果你把它集中到你拇指那么大，嗯，那么，你知道，真正重要的是密度，局部密度。所以当你让两个质子相撞时，这一切都发生在一个极其微小的体积里，因此重要的是能量的局部密度。如果你在一个顶针之类的东西里装了很多能量——……那很可能还不够密集。你知道——……能量确实必须高度集中在极近的范围内，这件事才会发生，而一旦发生了，就没问题了。所以如果有另一种方法——我们知道怎么用加速器做到这一点，实现那种密度。如果有人能想出制造高密度能量的好办法，那么是的，制造反物质就是小菜一碟。但关键就在于——
……集中的能量。
是的，还有如何以具有成本效益的方式做到，而不是花上数万亿美元。
嗯，是啊。
所以反物质的一大谜团是更深层的“为什么”。如果整个思路是：每当你产生物质时，都会产生等量的反物质，那么本应存在的那些反物质在哪里？然而当我们观察可观测宇宙时，那里似乎基本上没有反物质。
没错。
那么关于这个谜团，我们了解些什么？对其原因有哪些可能的解释？
有一个东西叫重子生成，而且正如你说的——我稍微重复一下你刚才的话——这两点都来自爱因斯坦。爱因斯坦说，当你利用能量时，会产生等量的物质和反物质；爱因斯坦还说，大爆炸之后宇宙中有大量能量，这些能量本应产生物质和反物质。
我们只看到了物质。反物质去哪儿了？答案是，我们不知道。不过，有一些想法，人们也对此做了大量思考，事实上，就我而言，我现在正在做一项中微子实验，试图更好地理解究竟是什么让物质和反物质不一样。现在，我们确实测得了二者之间应该相差多少，这挺巧妙的。我们可以通过统计宇宙中质子的数量来做到这一点，只需观察星系之类的东西；然后我们可以观察宇宙微波背景——它大致可以说是大爆炸的余波——并统计来自宇宙微波背景的光子数量。
再用一点数学，我们就可以说，在早期宇宙中，某种东西造成了一种非常、非常微小的不对称：宇宙中每存在十亿个——我说的是十亿（billion），B 开头的那个——反物质粒子，就有十亿零一个物质粒子。那十亿对十亿相互抵消、湮灭、彼此摧毁，而剩下的那额外一个就是我们。
至于是什么物理机制造成了这一点点不对称，目前还不清楚。有一些想法。一种想法是，嗯，事情本来就是这样。宇宙形成时就存在不对称，它并不是由物质和反物质造成的。另一种可能是，有各种各样的理论，都归在“重子生成”（baryogenesis）这个词之下——baryo 来自 baryon（重子）一词，基本上就是指质子，genesis 意为创造——我们这么说只是因为质子是最重的粒子。所以重子生成就是物质的创造。量子力学中有不少理论认为，物质和反物质可以来回相互振荡转化，而这一过程中存在一点点极其微小的不对称。
我们知道这在一定程度上是真的。我们在 1960 年代用另一种形式的物质测量到了它。我是说，你知道，不是质子，而是一种只存在于粒子加速器中的短寿命物质。所以我们知道物质和反物质之间存在细微差别，但这还不够，解释不了那个问题。我们不确定。所以在费米实验室，我们有一个有点颠覆常规的想法，它不是重子生成，而是轻子生成。轻子指的是电子这类粒子。由于费米实验室目前拥有世界上最强大的中微子加速器，而中微子是轻子，于是就有了这个想法。当然，轻子生成极其复杂，但其思路是，这是有可能的。我们知道中微子实际上会改变自己的身份。
中微子有三种不同的类型，就好比，我也不知道，家猫、美洲豹和老虎。如果你有一束全是家猫的束流，走上一段距离后，你会发现里面有家猫、美洲豹，然后还有老虎，再往后又会全部变回家猫。这种振荡现象叫做中微子振荡。我们从 1998 年起就知道这是真的。我们正在研究的是：我们将制造一束中微子和另一束反物质中微子，并研究二者的振荡行为。有可能——虽然不太可能，但确实有可能——二者的振荡速率略有不同。
如果中微子的振荡速率略有不同，那么这一点，再加上其他几件可能性极低的事情，就能串联起来，或许能解释为什么宇宙中物质更多。所以如果要我押上全部身家，我会赌它们以相同的速率振荡，但我不知道，而且不做测量你就不会知道，所以这就是我们在做的事。目前还有其他一些实验也在尝试测量它，所以费米实验室团队和日本的另一个团队之间正在展开一场激烈竞赛，看谁先完成这项测量，我们会找到答案的。不过，如果结果表明物质和反物质在这种振荡速率上存在差异，那将是解开这个非常、非常困难的谜题的一条重大线索。
我真希望能告诉你我知道答案是什么，但真的没有人知道。我是说，作为像我这样的研究型科学家就是这样：如果你不感到困惑——……那你就没有尽到本分。
所以现在有一场对这种微小不对称的急切——或者说不是急切，而是令人兴奋的——搜寻。
是的。
想到我们周围看到的一切都源于这种微小的不对称，真是太太疯狂了：在早期——
是的
……宇宙中发生过一场物质与反物质的巨大湮灭，而这只是某种小小的意外。不过，是啊。
是啊，那太疯狂了。
这是个美好的意外。
那真是，我是说，完全疯狂。
这是物理学中充满谜团的领域之一。好。那我们能不能再顺着这条线往下深挖一点？我们来聊聊对暗能量的直观理解，它与空无的空间以及我们一直在谈的这一切有什么联系。暗能量最清晰的定义是——是什么？
暗能量要么是空间本身的能量，要么是空间中的能量。最常见的说法是空间本身的能量，它本质上是一种排斥性的引力。我们相信它是真实存在的，而我们相信它真实存在的原因来自观测。这正是我们前一阵子谈到的那类情况，当时我说过，你知道，你可以先思考这些理论上的东西，然后尝试设计出一种测量；或者你也可以先做测量，看看它们在哪里与预测不符，再顺着那个方向推进。所以早在 1990 年代末，一些天文学家在观察宇宙的膨胀速率。
大爆炸发生了，宇宙在膨胀，宇宙中充满了物质，物质会相互吸引，所以宇宙中物质产生的引力应该会减缓宇宙的膨胀。唯一的问题是减缓多少。有三种可能。第一种可能是引力大到足以让宇宙的膨胀减速、停止，然后被拉回到一起，形成大挤压。第二种是宇宙会继续膨胀，不断减速，但永远不会真正停下来。第三种可能则是恰好处于临界状态，膨胀会永远减速，只在无穷远处才趋近于零，永远不会完全停止或逆转。这些就是当时的几种可能：一号门、二号门或三号门。
于是他们做了测量，结果发现了什么？是四号门。宇宙不仅在膨胀，而且膨胀还在加速，而考虑到引力会使膨胀减速，唯一能让这种情况发生的方式就是存在一种排斥力，我们给这种排斥力起的名字就是暗能量。这是爱因斯坦在发展广义相对论的早期就提出过的设想，原因是当时他知道自己的理论预言宇宙会坍缩，但他相信宇宙是永恒的，而且并非一成不变，所以他需要某种东西来抵消这种坍缩，于是他发明了暗能量。他当时并不这么叫它。
他称之为宇宙学常数。但几年后，埃德温·哈勃发现宇宙确实在膨胀，既然宇宙不再是静态的，爱因斯坦就说：“不需要宇宙学常数了。”又把它拿掉了。他觉得当初加入它是个愚蠢的主意，并为此感到难堪。然而，到了 1998 年，情况变得清楚：他最初认为应当存在某种排斥性引力的想法是对的，于是它又被放回了理论之中。
所以就是这么回事。我们目前相当有把握，宇宙的膨胀正在加速，而推动它的就是暗能量。那么，暗能量是什么？我不知道。我说过，最常见的看法是，它是空间本身的能量，但至少可以设想，在空间存在的地方有一个场……而那个场正在把空间推开。这是另一种可能，我不确定我们有没有能分辨这两种情况的仪器，但人们通常并不这么想。人们认为它确实就是空间的一种属性。
但是，但是有一个你所说的——你所说的物理学中最糟糕的预测，这是一个很好的——
哦，对。那又是一个。
……关于暗能量复杂本质的一个很好的小启示。正如你所描述的，观测表明，空无一物的空间具有微小的能量密度，它让宇宙加速膨胀。但量子场论在与引力结合时，对真空能应有大小的预测要大得多。所以这就造就了所谓的——你有一期视频讲过这个——“物理学中最糟糕的预测”。
是的。
你能，你能解释一下这个危机吗？
嗯，有一个测量，你可以测量宇宙膨胀得有多快，由此就能得到暗能量的测量值。然而，如果你接着说，好吧，假设暗能量来自空间中的场。那就是量子场论了。嘿，我对量子场论可是很了解的。
所以我们可以拿量子场论来计算由量子场论产生的能量密度。基本上，你要做的就是在一个体积内取所有的波长，较长的波长、较短的波长、越来越短的波长，然后把它们全部加起来。每个波长都会贡献一定的能量，全部加起来，你就得到一个数，而这个数相当尴尬，比暗能量的测量值大10的120次方倍——也就是1后面跟着120个零。于是你会说：“呃，这一点都不好玩。”
这是因为方程里出现的是你能想象到的最高能量、或者说最短波长的粒子的四次方，而任何东西取四次方都非同小可。那个糟糕的数字就是这么来的。现在，如果事实证明，存在某种新物理，恰好就在我们用最大的粒子加速器所能测量的能标附近——记得我跟你说过那个倍数吧，最高能标，也就是普朗克能标，比我们现在能测量的大10的15次方倍。那么假设我们不必一直计算到普朗克能标，因为在我们目前已知的能量上会发生某种事情，某种东西会改变。
那么，这就意味着我们不必积分到普朗克能标，而是积分到比普朗克能标低10的15次方倍的地方，而这个量是四次方的，所以10的15次方再取四次方，指数就是60。所以现在，即便我们说，你知道，唐，他才华横溢，他明天就会在大型强子对撞机（LHC）发现某种东西，解决所有这些问题，好，现在我们解决了，情况好多了。差距只有10的60次方了，这依然大得要命。所以简短的回答是，显然有什么事情在发生，有什么地方错了，量子场论里有什么地方错得非常离谱。你知道，我们必须有，也许存在另一个场来平衡这些能量，把它抵消掉。即便是这样，你知道，也不算太离谱。
你知道，你可以想象存在另一个，你知道，就像我们有物质和反物质，它们平衡得相当好。好吧，也许有什么机制在起作用，你可以把它抵消掉，那就完美了。但把某样东西抵消到零很容易，因为你知道，正一加负一，等于零。正二加负二，等于零。但我们仍然有暗能量。暗能量只有一点点，所以就算它被抵消了，也没有完全抵消，因为还剩下那一点点暗能量。所以这本身就是一件奇怪的事。完美抵消，相当容易。理论家早饭前就能干上八回。不完美的抵消，就难得多了。
就这一点再展开一下，你觉得打引号的“解决”暗能量问题，会是什么样子？
嗯，你要做的是假设存在另外某个场，它的效果与现有的量子场正好相反。
但不是抵消到零。
但不是抵消到零。不过如果要让它归零，你知道，当然，也许存在某个场，它存在于我们还没观测到的极高能量下。我不知道，但它把东西抵消掉了，我们就没事了。
那我们要怎么证明那个场的存在呢？
嗯，那要取决于，取决于具体的预测。
你到底是怎么想出一个新场的？
就像所有理论家那样。嗯，咱们往我的方程里加点东西，看看会怎么样。我是说，这也没问题。……我说得有点轻巧，但这正是你要做的。你会问，要改什么？我们有个东西运作得相当漂亮，只不过在这里失效了。我们需要加上什么，才能在我们已经测量过的范围内改变很少，同时又解决这个难题？所以你真的就是，嗒、嗒、嗒，好，我需要什么？加个六之类的。只要它在会影响我们测量结果的地方不造成任何改变，又解决了那个大问题，那它至少就是一个候选理论。当然，这并不意味着它是对的，但它至少能让你明白正确答案应该是什么样子。
所以第一步就是弄清楚真正的答案应该是什么样子，或者说一个可能的真正答案是什么。一旦你大致知道了这个，其他人就可以去看，然后说：“好，让我想想有没有一个理论大致具备所需的性质，能做到我们需要它做的事。”所以这是一个多步骤的过程，但第一步是：我们如何驯服这个问题，同时又不得出那些我们已经排除掉的、非常糟糕的预测？这就是你要做的。而且你知道，这确实是一种合理、可行的理论工作，因为你必须去探索很酷的想法。
我是说，暗能量超级有意思的一个原因是，它某种程度上给了我们一种机制，让我们能够讨论宇宙的遥远未来。我是说，它在—— 我们有关于宇宙膨胀的观测，但它也给了我们背后的机制，对吧？所以我们可以讨论任何怪异之处，我们拥有的任何能捕捉到暗能量某些怪异之处的好模型，都可能让我们洞察这一切如何终结，宇宙如何……关于宇宙的遥远未来，对吧？
完全正确。就目前情况而言，如果暗能量是真实的——谁知道呢，你知道，如果它和我们测量到的完全一样是真实的——那么随着宇宙变得越来越大，暗能量在宇宙的……能量收支中所占的比重就会越来越大，它会占据主导，推动宇宙持续加速膨胀。而如果暗能量变低了，你知道，出于某种我们不理解的原因，也许它会随时间变化，变得更小。那可能会改变局面。如果它变大，也可能改变局面——
它是否随时间保持恒定，这是一大悬而未决的问题。
对。最近有一项测量表明暗能量正在变小。不过，那是一项新的测量，尚未得到证实，等等等等。谁都不应该相信它，但它暗示了暗能量也许正在变化，这本身就挺酷的，因为直到最近，主流倾向一直认为暗能量是恒定的。现在，我想要特别小心，因为这种说法有误导性。人们说暗能量是恒定的。暗能量是一种密度。那么——想想看。你有一个确定的密度，我们就从这里开始。然后宇宙膨胀了。
嗯。
能量等于体积乘以密度。如果宇宙变大了，而密度保持恒定，那就意味着暗能量在增加。它不仅仅是所占比例在增加、压倒普通物质，而是说，普通物质随着宇宙膨胀，密度会下降，因为它的量是恒定的，体积变大了，密度就下降了。而直到最近，人们都认为暗能量的密度是恒定的。
所以你说恒定的时候，隐含的意思是这个。你说的是密度恒定，这意味着它实际上在增加，因为空间在增加。空间的大小——
对。
……在增加。有意思。
这就是一个怪异之处，而它又和空间的本质联系在一起。为什么会和空间的本质联系在一起？嗯，因为如果暗能量是空间中的一个场，那么体积增大的话，你会认为能量密度会下降。但如果空间在增加，而且空间是量子化的——我不知道它是不是——那么也许实际发生的是，空间并不是在拉伸，而是有一些小小的空间粒子随着空间出现，你知道，就像有一个个空间泡泡冒出来，每个泡泡都含有一定量的暗能量。这样一来，就会让你觉得暗能量是空间的一种属性，而不是空间中的一个场。不过这些都是非常含糊、靠猜测的东西。
那么如果要你把所有的钱都押上，暗能量是一种真实的、物理的——这到底是什么意思？——存在的东西，还是说这只是宇宙学常数换了个名字？
很遗憾，我认为两者都是。我是说，嗯，我是说—— 它确实是；它描述的是一种现实，但它也许也在告诉我们一些关于空间的事情。
确实就是空间的一种属性。
对。它，我是说，看起来差不多就是这样。鉴于它的密度似乎是恒定的，在我看来—— 不过，这不是任何人应该相信的东西。拜托，谁都别信这个。但在我看来，这倾向于这样一种想法：A，它是空间的一种属性；B，空间是量子化的；C，随着空间膨胀，小小的空间量子不断出现；D，每一个这样的量子都伴随着一定量的能量，而这在某种程度上就能解释密度为什么恒定。不过，拜托，这不是—— 任何人都应该—— 没有人接受这个。这纯属胡说。
但你刚才说的很多东西，在实验上，很可能在实验上是可以检验的。你大概可以构建——
嗯
……用实验去检验那些泡泡……
嗯，要找到那些空间泡泡，但可以设想，那些量子是普朗克尺度大小的泡泡。
对，那些量子。
嗯，它们会是空间的量子。我是说，这个想法就是，你知道，你看一座沙丘，它看起来平滑连续，但你能看到一粒粒的沙子，对吧？所以这个说法就是，随着这座沙丘扩张，新的沙粒不断出现，而每一粒都是一个空间量子。
那么在未来几十年或几个世纪里，我们可以做哪些实验来更好地理解暗能量？
我是说，人们一直在讨论引力的量子纠缠。在标准量子力学中，一个粒子可以同时处在两个地方。对吧？那么现在你有两个粒子。这个粒子可以同时处在两个地方。这个粒子也可以，也可以同时处在两个地方，然后你把它们放得彼此靠近。嗯，如果它们彼此靠近，就有一定的引力。如果它们相距很远，就有一定的……而如果一个靠近、一个远离，又是另一种情况。你可以计算与处在两个地方的量子纠缠粒子相关的引力效应。
人们正在讨论做这样的实验，并试图看看通过这样的测量，他们是否也许能够明确判断引力究竟是一种量子现象还是一种连续现象。
而这项测量也许不久之后就能做，因为近来量子力学方面这些工作所带来的技术，正让人们有能力制造出可能精确到足以完成这项测量的仪器。当然，这不会告诉我们量子引力是什么。它不会告诉我们别的任何东西，但它会告诉我们引力是量子化的。光是知道这一点，嗯，首先，它就排除了连续引力这一整片领域，理论界随后就会转移注意力：忘掉这些，转而去想这边。当然，这并不能说明空间是量子化的，但如果结果得到证实，它就说明引力是量子化的。所以，如果引力是量子化的，人们就会开始更多地思考空间是不是量子化的。
我得问一下，因为你提到暗物质也许比暗能量还要神秘。
好的。
你能帮我们建立一下直觉，讲讲它为什么更神秘吗？暗物质是什么？
天哪，暗物质是什么？第一，我不知道。第二，它实在太迷人了。
好吧？所以第一件事，也是最重要的事，因为我是个实验物理学家，老天作证，第一件事是：我们为什么相信存在暗物质？原因是天文测量结果与牛顿理论或相对论的预测不一致。星系自转得太快，星系团运动得太快，而且非常遥远的星系因较近星系的引力场而产生的畸变，与我们根据观测到的物质所做的预测不符。所以有三个截然不同的理由让我们推断，在我们对物理定律或宇宙物质构成的理解中，有某些地方出了问题。最容易讲的是自转的星系。
我要说的这些并不是自转星系独有的，只是它最容易讲。观测发现，星系的自转速度比把我们看到的引力加起来所应有的速度更快。按理说，转得那么快的星系应该会把自己甩散，可它们没有。那答案可能是什么呢？嗯，一边是恒星沿轨道做圆周运动所需的力，一边是引力产生的力，两者用一个等号连起来，而预测是错的。所以，要么引力产生的力错了，要么做圆周运动所需的力错了，要么那个等号错了。我是说，这真的很简单。这几样里总有一样是错的。
所以一种可能就是，牛顿的引力定律，也就是质量乘以质量、除以 R 的平方、再乘以一个常数，这个本身就是错的。另一种可能是，我们在物理入门课上学到的牛顿的 F 等于 ma 是错的。这两种都完全有可能。在这一边，也许我们并不理解引力，或者也许存在比我们能看到的更多的质量。所以这些，你知道，我是说，能这样非常简单地看问题，列出一张清单，你知道，一本可以拿来逐条检验的「菜谱」，这挺好的。我们也就这么做了。我们去问：「有哪些可能性？」嗯，最明显的可能是存在比我们能看到的更多的质量。有黑洞，有我们看不见的氢气，诸如此类。外面有某种东西。
这就是第一步。于是你去找，结果那里没有氢气，因为我们能用射电波看到它。不是它。在 90 年代，我们去寻找黑洞、流浪行星之类的东西。这些东西确实存在，但数量不够。
不是它。所以现在剩下的可能就是：存在某种我们看不见的物质，或者我们不理解引力，或者我们不理解惯性。就我个人而言，如果你，哦，我也说不准，大概 25 年前问我这个问题，我会说最可能的答案是我们不理解惯性或引力。你知道，我……如果是 20 年前、25 年前，我会毫不犹豫地这么说。然而，有几项观测让我改变了想法，我认为暗物质的可能性更大。其中之一叫子弹星系团。子弹星系团是两个大型星系团。在这些大型星系团里，嗯，任何星系都由几个组成部分构成。
有星系本身，有包围着星系的氢气，也许还有暗物质。暗物质是真实存在还是不存在，当这两个星系彼此穿过时，你会得到不同的结果。星系本身应该基本上互不发生相互作用地彼此穿过，但关键在于气体云。所以如果有大团的气体，当星系彼此穿过时，气体云之间应该会发生相互作用，气体云应该停在中间，而且会变得非常非常热。
那么你会看到，如果没有暗物质，你会看到一个星系团、另一个星系团，中间是一大团气体云，而且因为中间那团大气体云的质量比星系本身大得多，你会预期在中间看到我们称之为暗物质畸变的那种畸变。然而，如果暗物质是真实存在的，星系彼此穿过，气体云停下来，暗物质不与气体云相互作用，所以它会直接穿过去。在那种情况下，你会预期在星系所在的位置看到畸变。
而这正是我们看到的。所以在我看来，这是有力的证据。子弹星系团是暗物质真实存在的有力证据。还有另一个例子，比这个新得多（子弹星系团已经是有一阵子以前的事了），叫 Dragonfly（蜻蜓）星系。有 Dragonfly 2 和 Dragonfly 4。这些星系的自转完全符合牛顿定律。
所以，它们的自转完全符合牛顿定律，这一事实说明，导致星系转得过快的东西，不管它是什么，都不是物质本身的属性。而如果你有一个没有暗物质的星系，不管出于什么原因，比如暗物质被剥离了之类的，这就是那种美妙的反讽之一：一个没有暗物质的星系的存在，恰恰是暗物质真实存在的非常有力的证据，因为你能把暗物质拿掉。所以在我看来，DF2 和 DF4 也表明暗物质是真实存在的。
所以现在，虽然我们仍有可能需要修改惯性定律，或者需要修改引力定律，这些仍然是可能的。但在我看来，当然这是唐的个人看法，不过它很可能也是科学界大多数人的看法，暗物质很可能是真实存在的东西。
好，这很棒。我已经一路把你带到了暗物质这里。那么现在你会问我，你会说：「唐，暗物质是什么？」我会说：「我不知道。」但我知道它不是什么。好吗？我知道它不是黑洞。我知道它不是流浪行星。我知道我们做过这些测量。我们几乎在每一个质量范围内都搜寻过致密天体，并把它们排除了。所以如果暗物质是真实存在的，它就不可能由这些东西构成。于是剩下的想法就是暗物质是一种粒子，这也正是我们一直在考虑的。长期以来，我们给暗物质粒子起的名字叫 WIMP，即弱相互作用大质量粒子，而我们已经花了过去，天哪，30 年，用各种方式寻找它们。
我们有三种可能看到暗物质的途径。第一种是直接途径，它认为暗物质真的无处不在，就在这个房间里、在我们的实验室里，暗物质像风一样穿过地球，我们架起探测器，试图看到它们。我们做过了，什么也没看到。
所以我们应该说明一下，我们对中微子做过这件事。
我们对许多不同类型的暗物质都做过。我们就是把探测器放在地下深处的实验室里，确实，我们能在里面看到中微子，但暗物质会有——尤其是重的暗物质，也就是这些，这些 WIMP——它们有不同的信号特征，而我们没有看到任何证据——
明白了。
……表明这些探测器里发生过暗物质相互作用。
所以中微子也是弱相互作用的，而且也——
它们——
……有质量，但是——
确实是
……但质量不够——所以 WIMP 是——
对。
……重点在那个 M（大质量）上。
对。中微子确实算是某种 WIMP。不过，我们得小心 WIMP 到底指什么。它们是弱相互作用的有质量粒子，但我们可以计算，它们的质量就是不够。不是它。
明白了。明白了。
所以我们需要另一种形式，而我们完全没有看到任何证据表明有这种暗物质之风穿过地球。另一种可能是，你去观察你认为暗物质可能聚集的地方，也就是星系中心，如果暗物质存在，而且存在反物质形态的暗物质，也许它们会湮灭并产生光子。所以我们寻找伽马射线以及暗物质湮灭的其他各种信号，而且总是不断有人宣布：「哦，我们看到了。哦，没看到。哦，它……」你知道，问题在于这种寻找暗物质的方法很难，因为还有别的东西能产生比如说伽马射线，像中子星之类的，你真的需要把星系的细节理解得非常非常透彻，才能相信这种结果。
最后一种选择就是我做的事：我们让粒子在高能下对撞。我们试图制造出暗物质粒子。如果你制造出了暗物质粒子，因为它们除了通过引力之外不发生相互作用，它们会从你的探测器里逃逸出去。所以你看到的，或者说你希望看到的，是这样一个事件：你让粒子对撞，一个暗物质粒子逃逸了，你看不到它，但由于动量守恒，你能在另一侧看到反冲。所以你在这一侧看到一团能量，另一侧什么也没有。也许那就是暗物质，而中微子也会造成这种情况。所以你需要了解中微子的一切，计算出你会看到多少这样的事件，然后希望你看到的比这更多，那多出来的可能就是暗物质。同样，这也没有成功。
所以我们排除了一些暗物质粒子，但问题是，可能的质量范围，如果暗物质是粒子形式的，那么可行的暗物质质量范围从大约一颗小行星的质量，一直到远比电子轻，以及两者之间的所有取值。我们找过了。我们排除了这个相空间里的一些小点，但那是一个很大的范围。
真的有可能漏掉一个小行星那么大的粒子吗？
天文搜寻对那种量级的暗物质并不敏感，不过，你知道，那样的话你会预期太阳系里会有一些这样的东西。如果它们是我们以为的那样，像小行星之类的，那它们会被加热，我们最终就能看到它们。但如果它们真的是货真价实的暗物质，不与物质相互作用，那就意味着它们不会吸收来自太阳的能量，所以它们会非常暗。我不知道。也许它们就在那里。但我们搜寻它们的唯一方式是一种叫微引力透镜的方法。如果有一个大质量天体，你有一颗遥远的恒星，一个大质量天体从那颗恒星和你的眼睛之间经过，那颗恒星就会短暂地变亮。
所以你就去寻找这些所谓的微引力透镜事件，把它们数出来，你会看到一些。我们确实看到了一些。你知道，黑洞会从恒星前面经过，我们也看到过，只是看到的数量不够。而对于质量非常低的粒子，比如小行星那样的，它们根本产生不了足以被看到的增亮效应。所以增亮效应有一个最低灵敏度，大约是月球——我们的月球——质量的三分之一，这差不多就是我们当时的灵敏度。所以，你知道，我想没人真的认为这些低质量的东西有可能。他们认为更有可能的是，那只是些看不见的黑洞，我当时觉得——……你知道，我认为这完全合理。
说得通。
后来当这个也被排除了，我就想，好吧，那就是修正引力或修正惯性。嗯，现在，你知道，子弹星系团和 Dragonfly 星系似乎已经把这个排除了。所以我脑子里就卡在这里：暗物质似乎是真实存在的，而我们不知道它是什么。
§03文字稿 3
而且它占了宇宙中物质的极大比例。
它是——
它到底是什么？
……的含量是普通物质的五倍。
哇，这太不可思议了。
确实不可思议。
这太迷人了。
这就是它酷的地方。所以如果外面有哪位年轻人想投身这个领域，理解暗物质是一件大事。我是说，它的含量是普通物质的五倍。问题在于，就像我跟你说过的，如果它的质量范围从小行星那么大一直到比电子还轻得多，那么你参加的实验如果只探测其中一小段质量范围，也许你就不是那个恰好测对地方的幸运儿，你懂吧？这也是为什么，尽管我觉得它非常迷人，我却不做暗物质实验的原因之一，因为你知道，如果你设计的实验只搜索一个质量范围，它就会对另一个质量范围视而不见。
所以你需要很多研究组去做各种截然不同的实验，探索各种各样的参数空间。话虽如此，在真正看到它之前，仍然存在一种可能：也许我们对引力或惯性的理解并不正确。你知道，这种可能无法排除。
如果暗物质真的存在，你会希望它确实能以某种方式被探测到。
我是说，我不知道它是什么。我觉得它很酷，非常非常迷人。这是我真心希望在我有生之年能被弄明白的一件事，因为我很想知道答案。
而这个，这就是那种你可以——在这方面你确实有可能看到一项关于……的发现——
不过你得运气好。我是说，不管它是什么，你得找对地方。
想想看。
或者你得想出一个大家都忽略了的、非常棒的理论构想，这是另一种可能性。还有一些人非常非常执着地讨厌暗物质，主要是因为我们这么多年来一直拼命寻找，如今的实验灵敏度比我刚当学生的时候高出一百万倍——……可它们仍然什么都没看到。这就是为什么有人那么讨厌暗物质。我是说，其中一些人——……因为他们认为我们早该看到它了，但是——……你知道，我也说不好。
我是说，我特别偏爱直接观测。不是说——间接观测显然也很棒，但直接观测，想象一下，把望远镜对准某个方向，由于宇宙学上的某种偶然因素，能够直接探测到一大团你可以称之为暗物质的东西。
对，你会看到有东西绕着它运行。或者它会——……遮挡它前方的东西，或者——
对，以一种显而易见的方式。因为你提到的 DF-2 和 DF-4 那些情况，是非常精彩的间接推断，说明应该存在类似暗物质的东西。但要是有某种明显的现象，对，比如阻挡、遮蔽之类的。
我们在 90 年代就做过这件事，用的是叫 MACHO、OGLE 以及其他一些实验。它们寻找的是你根本看不见的黑洞，你懂的，一个看不见的黑洞。太完美了，它是暗物质的完美候选者。而如果宇宙中有足够多这样的黑洞——要记住，那可是五倍于——……恒星的数量，这意味着外面得有一大堆该死的黑洞。我们本该看到它们，但我们没有。
真是个宏大的谜题。我们已经聊了这么多谜题了。唐，我还能再跟你聊一千个小时。如果可以的话，我想问你一些偏个人的问题。你的人生经历非常鼓舞人心。你的父母没上过大学。能不能讲讲你的童年，你是从哪里找到对物理和科学的热爱的，以及考虑到你的出身背景，你是如何走上成为物理学家这条路的？
嗯，你知道，我是在穷乡僻壤长大的穷孩子。父母很好，但他们在学业上没法给我太多指导，不过他们非常非常关爱我。你知道，我妈常笑着说，大概六七年级以后她就没法再辅导我数学了。但他们很支持我。有那么几件事——两三件事吧，我觉得共同促成了这一切。一是我小时候特别爱读书。我喜欢科幻小说，一天能读完一本书。这快把我妈逼疯了，因为她想对我好，给我买本书，我说声“谢谢”，第二天就读完了。你知道，这简直把她逼疯了。不管怎样，科幻小说很能培养想象力，它在我身上起的正是这个作用。
此外，更严肃的科学也是从这里进入我生活的：20 世纪 70 年代有一些很受欢迎的出色科普作家，艾萨克·阿西莫夫、卡尔·萨根，还有一位叫乔治·伽莫夫的人。他们写面向普通读者的科学书籍。你知道，小时候的我肯定读不懂教科书，但我能读这些书，大致领略到科学是什么。除此之外，你知道，和大多数科学家、和那些后来成为科学家的人一样，我对一切都有着按捺不住的好奇心。而且我有一种近乎哲学式的头脑。我是说，我感兴趣的那些问题，过去属于神学，后来属于哲学，现在则更多属于科学。比如宇宙是如何诞生的？
宇宙为什么是现在这个样子？宇宙的定律为什么是我们所看到的那样？宇宙将会如何——它是被创造出来的吗？它将如何毁灭？你知道，这些重大问题困扰了人类，嗯，好几千年。所以，你知道，我确实如此。你说我大学时辅修了哲学和宗教，确实是这样，因为我对这些感到好奇。我希望了解那段历史能帮助我理解这些问题。也正是在大学里，我意识到我在寻找的答案不会在那些方向上找到，但我还是了解了过去人们是如何提出这些问题的。于是我成了一名科学家，唯一的问题是，我是要成为宇宙学家/天体物理学家——
……还是粒子物理学家？我必须做出这个决定的时候，是 80 年代中期，当时宇宙学的测量要少得多。人们对宇宙有大量的思考，但测量远远不够。而粒子物理呢，天哪，你真的可以做实验。所以吸引我的是能够真正得到一个答案，而不只是反复琢磨答案可能是什么。于是我成了一名粒子物理学家。没有家人做导师之类的，这条路并不容易，但是，你知道，我还是走过来了。
其实这也正是我今天在这里的原因，也是我花了相当多时间写书之类的原因，因为我觉得，在艾奥瓦、堪萨斯、蒙大拿，或者某个小镇上，一定还有别的孩子，接触不到那些父母受过高等教育的人所能接触到的东西。我希望，你知道，他们中有些人读过我写的东西，能找到自己前进的路，因为这些年来我觉得这件事非常有意义。而且你知道，我做这件事已经足够久了，我很确定这是真的。曾经有孩子在实验室里走到我面前说：“嘿，我来当暑期实习生，是因为看了你的视频，或者读了你的书”，诸如此类。
所以我知道，我至少产生了一点小小的影响。我是说，我总是希望能做得更多，而且你知道，我很感激你的听众给了我这个机会，因为我觉得谈论这些事情很重要。这些都是非常酷、非常迷人的问题。它们尚未得到解答，正等着年轻人来花些时间思考，因为你的某位观众也许就会成为解答这些问题的人之一，而这些问题几十年来一直难住了非常聪明的人。
我们还应该说一句，你是货真价实的科学家。所以——我们会提到肖恩·卡罗尔，他是货真价实的科学家、货真价实的物理学家，同时也是出色的科学传播者。总之，我确实想提一下，我不知道这是不是真的，但我好像听你讲过，你刚到费米实验室的时候，工作时间长得离谱，工作极其努力——……从早上八点干到午夜。
确实如此。
首先，我很喜欢这一点。你能讲讲是什么驱动着你吗？还有，在那种情况下，在职业生涯早期、当你发现自己热爱的东西时，努力工作有什么价值？
嗯，是的。我是说，显然聪明很重要，你知道，如果你是爱因斯坦，那也许你可以偷点懒，我猜。虽然连他也没那么做，而我又不是爱因斯坦。但事实是，我年轻的时候没有牵挂，没有家庭，没有孩子什么的，我想象不出还有什么比这更想做的事。我是说，有些人想去夜店，想去，我不知道，踢足球什么的。但我想做测量，我想理解、想学习，那真是太棒了。所以读研究生的时候，虽然这并不适合每个人，但我工作得简直离谱。
从周一到周六，我都会从早上八点到午夜待在实验室，这是自愿的，因为我就想待在那儿；周日我从八点工作到大约五点，那是因为从五点到午夜我得洗衣服、买菜之类的。我很喜欢那样，你知道。我现在也依然喜欢。我现在做不到了，但那只是因为我有其他责任。可要是我很有钱，我还会那样做。
你知道，这是我真真正正热爱的事情。而且——我是说，对我来说，没有什么比遇到一个难题并把它解决更迷人的了。而那种，你知道，那种职业态度——嗯，有几样东西能把聪明人和真正的科学家区分开来，因为所有科学家都很聪明。但起区分作用的、很多科学家都具备的东西是：第一，一种干劲和真正的坚韧。对我以及我认识的许多科学家来说，试图测量某样东西却没成功，这会让我有点恼火，我不会让宇宙、我的实验室或者别的什么打败我。而你知道，有些人……他们，你知道，如果东西坏了，就会说：“哎呀，没成功。”很多人会说：“好吧，我要回家了。
我受够了。”不，这只会让我有点生气，然后我会投入更多精力。而且你知道，不是每个——我是说，好吧，我那时是疯了。我工作时间很长。但是，但我觉得——……真正擅长这个的人也许不会做到那种程度，你知道。有些人得过比那更好的生活。但是，但也会投入很多，因为你就是没法想象自己不知道答案。
而如果——当，当你作为一个年长的人看到这一点，你不——也许不到那种程度，但当你看到那种干劲，那种拼命寻找答案的强度，你就知道那个人会成功。所以，如果，你知道，外面有哪个学生，如果这件事不能，你知道，给你带来快乐，就像，呃，她叫什么来着？那个日本女孩说的：“如果它不能给你带来快乐，那它可能就不适合你。”那你也可以做一个阅读相关内容、你知道、参与其中的人。但如果你想成为一名真正的科学家，它必须就是你这个人本身的一部分。
顺便说一句，这是一种艰苦的生活，但也是一种非常充实的生活。所以朝着自己热爱的事情努力，是一种非常充实的活法。
我觉得对艺术家之类的人也是如此，你知道，任何人，比如音乐家，对吧？音乐家，他们不停地练习，因为那就是他们本身。
嗯。很高兴有像你这样的人在我所敬佩的地方工作，比如费米实验室，它是美国乃至世界上众多高举伟大科学与伟大工程火炬、推动其前进的地方之一。唐，非常感谢你所做的一切，感谢你在网上所做的所有教学，感谢你在费米实验室所做的那些了不起的物理学工作，也非常感谢你今天来聊天。
谢谢你邀请我。
感谢收听我与 Don Lincoln 的这次对话。如果想支持本播客，请看看节目简介里列出的赞助商。在简介里你还能找到联系我、提问、反馈意见等的链接。最后，我想用玛丽·居里的一句话来结束本期节目。她两度获得诺贝尔奖，第一次是物理学奖，第二次是化学奖。她说：“生活中没有什么可怕的东西，只有需要理解的东西。”感谢收听，希望下次再见。