最大奧秘：宇宙是否存在統一定律？

當我們問不同領域的科學家，什麼是他們認為現今存在的最大奧秘，答案可能不盡相同。 LiveScience曾就同樣的問題得到15個答案，其中一個「最大的奧秘」，就是宇宙是否存在一個統一的定律可以解釋所有現象？

古老中國的先哲認為風、水、火和土是宇宙的最基本元素，但西方科學則認為粒子才是基本元素，而對微觀物質的研究卻在近兩個世紀才展開的。物理學家持續用粒子來描繪已知的宇宙，來描述包括磁性到原子組成和它如何保持穩定狀態等一切現象。

眾所周知，量子力學是研究粒子及其作用力的一門學科，而量子力學世界中驚人的相似性引爆了當今現代科學中最重要的一個問題：「有沒有一個統一理論可以解釋所有現象？」

「我們現在的物理學在能量作用的頭幾微秒能夠瞭解很多關於宇宙的東西，但之後它就不行了。」位於伊利諾斯州巴塔維亞（Batavia）市「費米實驗室」（Fermilab）的理論物理學家傑克遜（Mark Jackson）說：「在那最初時刻正是真正有趣事情發生地方。」

如果一個理論能被架構成經得起宇宙初期難以置信能量的考驗，而且還能夠把重力也考慮在內，那麼物理學上一個統一理論將成為現實。

標準挫折

物理的「標準模型」視粒子為無窮小的點，而某些粒子帶有基本的力量。儘管「標準模型」事實上並無法包括重力，且在高能物理中顯得無能為力，但這個經過時間檢驗的「標準模型」目前仍然是科學家解釋物理現象的最佳工具。

芝加哥大學宇宙學家邁克爾・特納（Michael Turner）說：「您可能聽見人抱怨標準模型不怎麼樣。它是一個不完全的模型，但我們卻找不出它的缺陷在哪兒？」

特納解釋說，是否能夠發現一種叫希格斯介子（Higgs boson）的能夠產生質量的微粒（mass-inducing particle），是標準模型將要面對的重大考驗。如果希格斯介子被發現，那麼就會明確顯示像電磁性和放射性等性質是相同作用力中真正不同的側面。

特納在談到希格斯介子時稱「它是能夠讓我們將不同性質結合在一起的奇蹟。」他說，也許將來某個時候在粒子加速碰撞中會發現它。

重力之鉉

對於某些物理學家來說，頑固不化的標準模型簡直難以對付，但對於其他一些人來說，它卻導致新理論的產生，而這種新理論能夠包容重力和超高能物質行為。

或許這些新理論中最著名的要屬「超鉉理論」（string theory），它將粒子描述為以不同頻率振動的能量鉉（strands of energy）。為瞭解釋粒子的點狀本質，超鉉理論認為這些鉉能夠被包壓在10或11維空間中，這個空間的維度比我們現在認識的要多出六到七個維度。

這種想法和從遠處觀看一個大廈是相似的。在遠距離它看起來像一個點，但靠近看是平的，最後再靠近看是一個三維結構。被包裹在大廈之內的是變得越來越小的更多的維度：管子，管子之內的角落和裂口，角落和裂口之間的空間等等。

目前為止超鉉理論尚存在無法證明多達11維空間的缺陷，使得許多人對此理論有所保留，但傑克遜認為一些鉉可能已經橫跨宇宙而成為「超鉉」，這些「超鉉」大到足以在現在從空間中探測出來。儘管當前缺乏這樣的證據，傑克遜確信超鉉理論將能夠經得起考驗。

傑克遜推理道：「很難想像宇宙會有二套不同的物理規則。如果有，那麼何時關閉一套而啟動另一套？」他說：「我們知道有量子力學，我們也知道有重力，因此似乎應該有一個統一理論。我拿我的事業作賭注，我敢說那就是超鉉理論。」

尋找與暗物質有關的超對稱粒子

費米實驗室宇宙學家多德森（Scott　Dodelson）認為存在一種統一理論符合邏輯， 但他不認為產生一個統一理論需要極大地偏離標準模型。

「基本上有兩種方法：一種是由下往上，即依照數據，將某個理論的部分調理清楚，使它更加雅觀」多德森說：「另一方法是自上而下的，從一種典雅的理論開始再往下來對照數據」。

無論哪種情形，物理學家、理論學家和宇宙學家都同樣在等待像歐洲的大型強子對撞機(Large Hadron Collider，LHC)開始運作，進行高能實驗。他們不僅希望能夠在碰撞後微粒中發現希格斯介子，而且也希望發現存在我們熟知的電子、中微子等粒子的 「超級夥伴」，即那些被多德森描述為超重、隱藏的粒子，而這些粒子被一些科學家認為是隱藏在其它空間中，而且與目前已被科學家發現大量存在的暗物質有關。如果像大型強子對撞機這樣的超高能物理設備能夠運行的話，證實其它空間存在的那一天有望到來，因為只要將碰撞前後可測到的物質質量作一盤點，如果有入不敷出的情況出現，那麼失去的質量就可證明是遁入另外空間去而成為暗物質了。

針對這些「超級夥伴」，多德森說：「他們太重了，以至於到目前為止尚未被看見」。多德森補充說：「像大型強子對撞機這樣機器產生的強烈能量也許足以讓他們在碰撞微粒中‘顯現’出來。如果是這樣的話，在宇宙中神秘消失的暗物質的秘密就能被解開，同時還能創造出一個更加強大的標準物理模型。」

「我們也許能刺穿神秘暗物質的‘斗篷’，並且在實驗室裡測出超對稱 粒子（supersymmetric particle）。」多德森說：「它將會呈現一批嶄新的粒子，並且創造一個全新的標準模型。」