偶然降生在, 漫无边际的空间里, 我为什么会在这里? 2006年,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)开始编辑《宇宙连诗》,以发展日本传统的连歌和连句。这是第一期的第四首诗,作者是当时上小学二年级的学生浅野俊。 “我为什么存在于这个世界?”“宇宙是如何形成的?今后又会变成什么样?”这些看似单纯朴素的问题,实际上都是触及本原的问题。我想有很多人在小时候都想过这些问题。我们基本粒子物理学家也是在这些疑问的伴随之下成长起来的,继而探求自然界的基本法则,努力尝试以科学的方法来解答这些问题。 1. 点是没有部分的 从古希腊时期到现代的基本粒子论时代,人类一直都认为一切物质的本原是粒子,这些粒子如同几何学中不具备大小的点,构成了世间万物。然而,超弦理论认为物质不是由粒子组成的,而是线状的“弦”(图1-1)。为什么不能认为一切物质都是“点”组成的呢?首先我们从这里讲起。 公元前3世纪,古希腊数学家欧几里得编著了《几何原本》,为几何学奠定了坚实的基础。这部著作的第一卷为各种各样的术语确立了定义。最先被定义是“点”,书中这样写道: 点是没有部分的。 虽然以现代的数学理论基准来看,很难说这是一个严谨的定义,但它却是欧几里得构筑几何学的基础。因为“没有部分”,所以点没有长和宽。 欧几里得定义“点”之后,确立了五个公理。例如,第一个公理是“两点确定一条直线”。如果想要画图的话,首先点的位置就变得尤为重要。 这里定义的纯数学的点与我们日常生活中的点是不同的。数学教科书里的“点A”和“点B”等是由黑色墨水印刷在纸上的,看上去它们具有面积。欧几里得定义的点“没有部分”,可以说,数学将我们日常生活中的“点”理想化了。 在我们探究物质本原的过程中,发现物质的基本单元也如同欧几里得定义的“点”。