在本书中，作者踏上了寻找的道路，将科学描绘成人类的进程，用最生动的语言把宇宙学重新带回人间。他前往位于智利安第斯山脉的阿塔卡马沙漠，那里寸草不生，异常晴朗的天空和干燥的大气层可以让天文学家收集到数十亿光年外星系的精彩图像；他登上南半球的帕拉纳尔山，甚大望远镜坐落于此，四个巨大的圆顶每晚向天空开放；他深入美国明尼苏达州一个废弃的铁矿，物理学家们在那里寻找难以捉摸的暗物质粒子。在东南极洲冰盖上，工程师们钻入地球上最清澈的冰层，建造世界上最大的中微子探测器，助力量子物理学与爱因斯坦的广义相对论相一致。

第1章 修士和天文学家
第2章 什么都探测不到的实验
第3章 中性的小家伙
第4章 帕拉纳尔光之四重奏
第5章 火焰、岩石和寒冰
第6章 卡鲁的3000只眼睛
第7章 南极洲上空的反物质
第8章 爱因斯坦和量子物理相会于南极点
第9章 物质之心
第10章 来自平行宇宙的低语
尾 声
附录Ⅰ 标准粒子物理模型
附录Ⅱ 从宇宙大爆炸至今：标准宇宙模型
延伸阅读
致 谢

前 言
那是2004 年圣诞节后的第二天，加利福尼亚州伯克利
一个阳光明媚的冬日。我在夏塔克大道和雪松街拐角处的一
家咖啡馆外等候索尔· 珀尔马特。他是加州大学
（University of California，简称UC）的一位天体物理
学家。学校的校园就坐落在陡立于城市边缘、树木繁茂的丘
陵脚下。而丘陵之上大约1000 英尺处是劳伦斯伯克利国家
实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，简
称LBNL）。20 世纪90 年代，辖有UC 和LBNL 成员的两个
团队的天文学家，同时但又独立地发现了一些引起轩然大波
，甚至令人惊慌的事件：我们的宇宙似乎正在爆炸。
珀尔马特是其中一个团队的领导者。他那被巨大镜片
强化了的充满激情的好奇目光，连同发际线后移露出的高额
，让我想到了伍迪·艾伦。但他找到的可不是什么笑料。实
际上，珀尔马特承认，他们的发现已经将宇宙学置于危机之
中。这两个团队研究了遥远的超新星，结果显示：宇宙的膨
胀，这一最初由埃德温·哈勃于1929 年观测到的现象是在
加速进行的，而并非很多人所预测的减速。好像有某些神秘
的能量在产生斥力以抵抗引力作用。由于不知其确切性质，
宇宙学家们称之为“暗能量”。更为重要的是，它似乎占了
宇宙物质和能量总量的四分之三。
暗能量是宇宙学家们面临的最新，也是最令人生畏的
难题。此外，还要加上另一个困扰他们数十年的谜团：暗物
质。星系有几乎90% 的质量是由这种未知且看不见的物质
组成的。我们知道它必然存在，因为没有它产生的引力束缚
，星系就会瓦解。珀尔马特指出，对于大多数物理学家，尤
其是宇宙学家来说，面临的严峻现实就是，宇宙大约96%
的物质无法用现有的理论来解释。为了理解物质世界而付出
的所有努力，仅仅揭示了宇宙的极小一部分组成。
同时还有其他诸多未解之谜。质量的起源是什么？宇
宙大爆炸之后，本应伴随着物质一起产生的反物质又发生了
什么？使用现代物理学的两大支柱—量子力学和爱因斯坦广
义相对论—来解释我们的世界并获得巨大成功约一个世纪之
后，物理学家们进入了某种停滞期。正如珀尔马特所说，他
和其他一些人正期待着去攀登通往宇宙全新认知的陡峭阶梯
，而在高处等着他们的，仅仅是一些模糊的想法。
这看起来像是超越人类极限的企图，其中部分涉及将
量子力学和广义相对论调合进一种量子引力理论中去。在这
两个领域相冲突的地方—势不可当的引力遭遇微观体积之处
，如黑洞或宇宙大爆炸中——其理论并没有很好地协同生效
。确切地说，它们极为不幸地遭遇了失败。那些最为雄心勃
勃的统一尝试就包括弦论：一套在数学上极为复杂的理论体
系。最为热衷这一体系的支持者们希望，它不仅仅带我们走
向量子引力理论，还通往一种万物理论，允许我们用一些简
单的方程来描述宇宙的一切。但是，暗能量的发现和弦论本
身的最新进展共同挫败了这一目标。在同珀尔马特会面的两
年多以后，旧金山湾区的另一个冬日里，我亲身体会到了物
理学所遭遇的麻烦是何其严重。
2007 年2 月底的一个下午，在旧金山希尔顿酒店一间
宴会厅级别的会议室内，举办了美国科学促进会
（American Association for the Advancement of
Science，简称AAAS）年会。这次会议济济一堂。三位物理
学家在讨论暗能量，以及它是如何与人们会问及的一些最为
严峻的问题产生关联的：为何我们的宇宙是这样的？它为使
生命存在而被精细调节过吗？原来暗能量不仅神秘莫测，对
于恒星和星系的形成来说，它的占比还似乎处在最合适的值
上。“最大的谜团并非是为什么会有暗能量，而是为什么它
会如此之少。” 莱昂纳特·萨斯坎德这样告诉希尔顿会场
的听众们，他是斯坦福大学理论物理学费利克斯·布洛赫教
授，同时也是弦论的创立者之一。他以一种诗意的风格继续
道：“事实是，我们的存在恰似站在刀锋之上，（也就是说
）如果暗能量大得多的话，我们就不会出现在这儿，这才是
谜团所在。”
直到最近，科学家们才有望以弦论来解释此事：暗能
量的值可以很自然地作为该理论简洁方程的解—就像其他那
些令人困惑的问题的答案一样。为什么质子比电子重了
2000多倍？为什么引力比电磁力弱了那么多？本质上来说
，为什么自然中的基本常数是这些值？暗能量问题就是这些
关注点的标志。物理定律中没有什么能够解释，为何我们宇
宙的诸多方面就是它们所展现的那样。它们似乎被格外精细
地调节过，以产生一个能够支撑生命存在的宇宙—这一事实
一直困扰着物理学家们。
然而弦论所期望的结局依然遥遥无期。的确，一些物
理学家正在慢慢地摒弃这样的打算，即有关宇宙的一切可以
被简化为少量方程。在旧金山，萨斯坎德站出来就这个问题
发表演讲。他的演讲以“为什么老鼠正在逃离船只”为题。
然而，放弃简化并不意味着抛弃弦论。恰恰相反，对于萨斯
坎德和其他许多人来说，这意味着接受该理论在数学上的所
有辉煌，尽管它有着令人难以置信的结果。就现状来说，弦
论最为奇异

1.\t明尼苏达州700 余米深的矿山之下的低温暗物质搜寻计划；世界最大淡水湖泊贝加尔湖中的中微子探测器；夏威夷莫纳克亚山上的DEIMOS/DEEP 巡天；南极点站的冰立方中微子望远镜，作者以科学为笔，描绘人类探索宇宙的进程；以文字为媒，将宇宙学带回人间
2.\t作者成功且适时地概括了现代宇宙学和粒子天体物理学，鲜活地勾勒出所遇到的物理学家的形象
3.\t结合了基本物理学与崇高冒险精神的非凡叙事，仿佛睡前故事般将宇宙深处的奥秘娓娓道来

无论从何种意义上说，这些实验都是“英雄”，
阿南塔斯瓦米用热情和洞察力捕捉到了它们的精彩之处
，以及它们背后的科学家的个性。——《出版人周刊》
（Publishers Weekly）
2.本书没有在枯燥与学术的物理学主题中探讨的
哲学和数学，肯定会吸引对科学感兴趣的普通读者。—
—《图书馆杂志》（Library Journal）
3.阿南塔斯瓦米把握住了引人入胜的细节。无论
是在明尼苏达州的废弃铁矿，还是在寒冷的西伯利亚广
袤土地上，他都能找到无畏的物理学家，并向我们解释
为什么这些奇怪的地方是地球上唯一可以完成这些实验
的地方。——《华盛顿邮报》（The Washington Post
）