量子宇宙 第一章 简介

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？

对回答关于宇宙的最基本问题的探索已经达到了一个奇特的时刻。随着21世纪的到来，物理学家们对我们周围的普通物质所具有的粒子和力量有了充分的了解。同时，天体物理学和宇宙学的空间观测显示，这幅宇宙图景是不完整的--95%的宇宙不是由普通物质构成的，而是由一种神秘的其他东西构成：暗物质和暗能量。我们已经知道，事实上我们并不知道宇宙的大部分是由什么构成的。

了解这个未知的“新”宇宙需要发现决定其基本性质的粒子物理学。有强大的工具可以使物理学变得触手可及。通过天体物理观测，我们可以探索宇宙的参数；通过加速器实验，我们可以寻找其量子解释。粒子加速器的能量现在已经接近大爆炸后最初的条件，使我们有办法发现什么是暗物质和暗能量--在我们对粒子物理学和宇宙的理解中创造一场革命。

为了回答有关宇宙性质的基本问题，对大爆炸遗迹的天体物理学观察必须与再现早期宇宙粒子和力量的物理学实验数据相一致。探索的两端必须相遇。我们将通过结合我们从这些方法中最强大和最有洞察力的观察和实验中所学到的东西来回答这些具有挑战性的问题。

以下各章将陆续深入探讨界定该领域的九个关键问题。第二章阐明了这些问题的含义及其对21世纪粒子物理学的影响。第三章定义了解决和回答这些问题的科学计划。第五章中的表格总结了主要物理学计划对这些问题作出最直接回应的美国设施。