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我们的世界充满了壮丽的自然景观：无垠的星空、深蓝的海洋以及优雅的生命，而这一切从科学原理看来都源于大约137亿年前的宇宙大爆炸，它产生时空、物质和能量。 一方面，实验物理学家正在利用粒子对撞机探寻空间的维度，从宇宙尺度的最大到最小，探索一切微观组成粒子。另一方面，理论学家也正在探寻时间的维度，推论大爆炸起始、行星演变以及生命文明的规律。本文将探索这一宇宙、时空的原理，从认知构建世界的基本粒子开始，探寻物质元素和生命的起源，追寻科学界梦寐以求的宇宙终极理论。 基本粒子和基本力已知的物质从量子物理来看都可归结为基本力和基本粒子的组成。目前共发现四种基本作用力和61种基本粒子，正是它们构成了万物。这四种基本力分别是万有引力、电磁力、强核力以及弱核力，61种基本粒子的排列如图显示： 包括希格斯粒子在内的61种基本粒子已全部被实验确认，这个理论被称为标准模型。粒子世界复杂多样，其组成的宏观物体也纷繁交织，正是复杂性导致了生命。但是万有引力至今没有被标准模型描述，因而并没有包含引力子的内容，事实上描述万有引力的理论是广义相对论，它和量子在物质密度极大的条件下（如黑洞、奇点等）产生了不可调和的矛盾，量子引力理论至今没有成功，物理学家正努力探索，已提出了譬如大统一理论、超弦理论等模型试图建立多维的方法统一量子论和广义相对论，描述所有物质，这一工作直到今天还在继续。 时间箭头一切起源归于宇宙大爆炸前的奇点，大约137亿年前，大爆炸形成时间、空间和能量。随着宇宙膨胀，温度降低，夸克、电子、光子等粒子形成，进一步质子出现并形成最早的原子——氢原子，氢原子在引力作用下广泛分布并汇聚成了恒星，伴随着轻核聚变，释放光热，合成氦原子、氧和碳元素，为所有景象的出现创造了基础。一次次的超新星和恒星重生造就了拥有千亿颗星系的宇宙，太阳也这样创生，环绕四周的地球神奇地拥有了合适的温度和生命形成的条件，在随后的数十亿年间诞生了生命。 生命起源来自复杂反应，从原子、分子开始，有机物、氨基酸、DNA产生，形成自我复制的生命体（病毒、基因）。经漫长时间等待，海洋、大气和地质变迁，细胞的合成和不断进化造就了动植物率先在海洋中出现和生存，接下来几十亿年的演化，一次次的灭绝与重生，经历了远古时代、原始时代最终等到了高级智能的人类，由于拥有强有力的大脑。人类诞生了文明，建立起今天的世界。 终极理论之梦科学的进步永远没有终点，人类文明的思想从来没有停留，从基本力和基本粒子组成万物的原理开始，量子论和相对论显示了强大的能力，使我们可以理解从宇宙起始到生命形成的历史，科学往往带来新科技革命以及经济的繁荣。而统一描述一切的终极理论终会带来难以想象的成就，物理学家戴维斯曾说：当人类获得统一万物的终极理论时，它就可以改变时间和空间的结构，创造新奇的物质。控制这种超级能力，将使人类可以随意建造粒子，形成奇特的物质技术，或许操纵时空本身维度，创造具有难以想象性质的世界，事实上人类应当是宇宙的主人。 |
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