"量子宇宙"是什么意思？

弄清楚宇宙是由什么组成的以及它是如何运作的，一直以来都是粒子物理学研究的挑战。《量子宇宙》为我们呈现出了一种以量子物理学来解释宇宙的新模式，这些规律支配着微观和亚原子世界。它描述了粒子物理学的一场革命，这是我们理解宇宙的神秘和美丽的一次飞跃。

宇宙的本质是什么，它是由什么构成的？

什么是物质、能量、空间和时间？

我们是如何来到这里的，我们要去哪里？

在整个人类历史上，越来越强大和先进的科学理论和实验已经解决了这些关于宇宙的基本问题。由此产生的知识导致了对我们周围世界的本质的革命性见解。

在过去的30年里，物理学家对基本粒子和支配物质、能量、空间和时间的物理规律有了深刻的理解。研究人员对这个 "标准模型 "进行了无数次的实验测试；而且，它的预测一次又一次地得到了证实。一系列 实验和理论上的一系列突破，结合起来产生了标准模型，可以说是真正的 作为20世纪最伟大的科学胜利之一而受到赞誉。庆祝，作为20世纪伟大的科学胜利之一。

现在，在一个有人将其比作哥白尼承认地球不是太阳系中心的发展中，惊人的新数据显示，宇宙中只有5%是由标准模型所描述的正常的、可见的物质构成的。95%的宇宙由暗物质和暗能量组成，其基本性质是一个谜。标准模型的有序和优雅的宇宙观必须被纳入一个更深入的理论，以解释新现象。其结果将是一场粒子物理学的革命，其戏剧性不亚于之前的任何一次。

对宇宙的疑问

一个世界性的粒子物理学调查计划正在进行，以探索神秘的新科学景观。九个相互关联的问题确定了未来的道路。

此专题会从三个方面，九个问题入手，来阐述对宇宙的疑问。

爱因斯坦的"统一场"理论

1、是否存在未被发现的自然原理：新的对称性，新的物理规律？

如此成功地描述熟悉物质的量子思想在应用于宇宙物理学时失败了。解决这个问题需要出现新的力量和新的粒子，标志着发现新的对称性--未被发现的自然行为原则。

2、如何破解暗能量之谜？

弥漫在空旷空间并加速宇宙膨胀的暗能量必须有一个量子解释。暗能量可能与希格斯场有关，这是一种填充空间并赋予粒子质量的力量。

3、是否有另外的空间维度?

弦理论预测了七个未被发现的空间维度，这些维度产生了粒子物理学的大部分明显复杂性。额外维度的发现将是人类历史上一个划时代的事件；它将改变我们对宇宙诞生和演变的理解。弦理论可以重塑我们对引力的概念。

4、能将所有的力都统一成一种吗？

在最基本的层面上，宇宙中的所有力量和粒子都可能是相关的，所有的力量都可能是一个大统一力量的表现，实现爱因斯坦的梦想。

粒子世界

5、为什么会有这么多的粒子？

为什么会有三个粒子家族的存在，为什么它们的质量会有如此大的差异？基本粒子家族的模式和变化表明，尚未发现的基本原则将标准模型中的夸克和轻子联系在一起。

6、什么是暗物质？我们怎样才能在实验室里制造它？

宇宙中的大部分物质是未知的暗物质，可能是大爆炸中产生的重粒子。虽然这些粒子中的大多数都湮灭成了纯能量，但仍有一些保留下来。这些剩余的粒子应该具有足够小的质量，可以在加速器中产生和研究。

7、中微子在告诉我们什么？

在所有已知的粒子中，中微子是最神秘的。它们在宇宙的演化过程中发挥了至关重要的作用，而它们微小的非零质量可能在非常高的能量下发出新的物理学信号。

宇宙的诞生

8、宇宙是如何变成现状的？

根据宇宙理论，宇宙开始于一个单一的爆炸，然后是一阵膨胀。通胀之后，宇宙冷却，经过一系列的相变，允许形成恒星、星系和地球上的生命。了解通货膨胀需要在量子物理学和量子引力方面取得突破。

9、反物质怎么了？

大爆炸几乎肯定产生了等量的物质和反物质，然而宇宙似乎不包含反物质。这种不对称性是如何产生的？

探索的机会

我们生活在这样一个时代，对伟大问题的探索正导致对宇宙的革命性的新认识。

"总统科学顾问约翰-马伯格最近说："发现宇宙基本性质的机会已经出现了，这是我们从未预料到的。"技术使这些发现对我们来说触手可及，但我们需要集中力量在广泛分离的学科中实现新的机会。"

《量子宇宙》是对这一挑战的回应。它为我们提供了一个指南，告诉我们到目前为止，对理解的探索已经把我们带到了哪里，以及它将会去哪里。接下来的章节阐述了在加速器和地下实验室进行的现有和计划中的粒子物理实验，以及空间探测器和地面望远镜，是如何为发现宇宙的基本性质带来新的机会。