一個新的理論正動搖現代物理學的基礎，它迅速地用美麗優雅且具有突破性的新數學顛覆我們珍視的和過時的宇宙觀。盡管關于這個理論尚存在一些未解決的問題，但我們仍能感受到物理學家們的興奮；世界各地的頂尖物理學家都宣稱——我們正在見證一種新物理學的起源。

這個理論被稱為“超弦”理論。過去10年，物理學的一系列的驚人突破促使它發展至高潮，它表明我們也許無限接近了統一場論：一個全面的聯合宇宙中所有已知力的數學框架。

超弦理論的支持者甚至聲稱，“這個理論或許是終極‘宇宙理論’”。

盡管物理學家在對待新思想時通常很小心，但普林斯頓大學物理學家愛德華·威滕（Edward Witten）卻聲稱，超弦理論將在未來50年主導物理學世界。他最近說，“超弦理論是一個奇跡，一個貫穿始終的理論”。在一次物理會議上，他震驚了聽眾，他宣稱我們或許正在見證一場像量子理論誕生那樣偉大的物理學革命。他繼續補充，“超弦理論可能引起我們對空間和時間的新理解，是自廣義相對論以來物理學最戲劇性的理解。”

甚至，那些總是小心避免科學家斷言被夸大的科學雜志也將超弦理論的誕生與圣杯的發現相比?？茖W雜志聲稱，“這場革命可能不亞于數學革命中實數到復數的過渡。”

該理論的兩位創造者，加州理工學院的約翰·施瓦茨（John Schwarz）和倫敦瑪麗女王學院的邁克爾·格林（Michael Green）有點武斷地將其稱為一種萬物理論（TOE）。

這種興奮的核心是，他們認識到超弦理論可以提供一個全面的理論以解釋所有已知的物理現象——從星系的運動到原子核內的動力學。該理論甚至對宇宙的起源、時間的開始，多維宇宙的存在做出了驚人的預測。

對物理學家來說，這是個令人陶醉的概念——幾千年來仔細研究且痛苦地積累起來的我們物質世界的海量信息終于能被總結在一個理論中。

例如，德國物理學家編纂了一本百科全書《物理手冊》，這是一份詳盡的工作，總結了世界物理知識。這個手冊，實際占據了圖書館的整個書架，代表了科學學習的頂峰。如果超弦理論為真，原則上，這本百科全書包含的全部信息均可由一個單一方程衍生而出。

物理學家對超弦理論特別興奮，因為它迫使我們改變對物質性質的理解。自希臘化時代以來，科學家們一直認為宇宙是微小的點粒子組成的。德謨克利特創造了原子這個詞來描述這些終極的、不可摧毀的物質單位。

然而，超弦理論假設，自然界的最終的建筑塊皆由微小的振動弦組成。如果它是正確的，意味著所有物質中的質子和中子，從我們的身體到最遠的恒星，皆由弦組成。沒人見過這些弦，因為它們太小以至于我們無法觀察（它們大約是質子的千億分之一）。事實上，我們的測量設備太粗糙，看不到這些細小的弦，我們的世界似乎只能由點狀粒子構成。

起初，用弦代替點粒子這個概念能簡單地解釋粒子的多樣性和自然界中由粒子交換所產生的力。后來人們發現，超弦理論既全面又優雅，它能簡單解釋宇宙中為何會有數十億種不同類型的粒子和物質且具有驚人的不同特征。

超弦理論可以產生一個連貫的、包羅萬象的大自然的圖片，類似于用一根小提琴弦可“聯合”所有的音樂音調和和聲規則。歷史上，音樂定律是經過數千年的不同樂音的反復研究制定而出。今天，這些多樣性的規則能很容易地從一張圖片中推導出來，即一根弦可與不同頻率共振，每一個不同頻率的共振都能產生音階中獨立的音調。振動弦可產生不同的音調，更重要的是，單一振動弦的概念能解釋和諧定律。

因此，小提琴弦的物理知識給了我們一個音樂音調的綜合理論，并允許我們預測新的和聲和和弦。同樣，在超弦理論中，人們在自然界中發現的基本力和各種粒子其實只是振動弦的不同模式。例如，重力交互作用是由環形弦的最低振動模式引起的，此弦的較高激發可產生不同形式的物質。從超弦理論的角度看，沒有任何力或粒子比其他任何力或粒子更重要。全部粒子都只是振動弦的不同的振動響應。因此，超弦理論作為一個單一的框架，可以在原則上解釋為何宇宙中有如此豐富的粒子和原子且具有多樣性。

對古代的問題“物質是什么？”的答案變得簡單——物質是由粒子組成，粒子是弦的不同的振動模式，如G調或F調。由弦產生的音樂就是物質本身。

世界物理學家對這一新理論如此興奮的根本原因是，它似乎解決了本世紀最重要的科學問題——如何將自然的四種力結合為一個綜合理論。這場巨變的中心是，認識統治我們宇宙的四種基本力實際上是由超弦控制的一個單一的統一力的不同表現形式。

-11英寸（大致相當于原子核的大小）范圍內支配其他的力。

（也許，人們比較熟悉的電磁力的一種形式是光。當原子受到干擾，原子核周圍電子的運動變得不規則，電子發射光和其他形式的輻射。以X射線、雷達、微波或光的形式發射的電磁輻射是最純粹的電磁輻射形式。無線電和電視只是電磁力的不同形式。）

在原子核內，弱（核）力和強（核）力超過了電磁力。例如，強力負責將原子核中的質子和中子結合在一起。在任何原子核中，所有質子都帶正電。只是質子在一起，它們間的排斥（電）力會將原子核分裂。因此，強力克服了質子間的排斥力。粗略地說，只有一些元素能在強力（它傾向于將原子核固定在一起）和排斥（電）力（它傾向于撕裂原子核）間保持微妙的平衡，這有助于解釋為何自然界只有大約100種已知元素。原子核的質子數超過100個，甚至，強力也難以遏制它們之間的排斥（電）力。

當強大的核力被釋放出來，效果可能是災難性的。例如，當原子彈中的鈾核被故意分開，鎖在原子核里的巨大能量將以核爆的形式被釋放。一枚核彈每磅釋放的能量超過炸藥中含有能量的100萬倍。事實上，強力產生的能量比電磁力控制的化學爆炸的能量大太多。

強力還對恒星發光的原因作了解釋。星星是一個巨大的釋放核原子的核熔爐。例如，太陽的能量是通過燃燒煤而非核燃料被創造，那么，只會有很小部分的太陽光被產生。太陽會迅速發出微弱的嘶嘶爆裂聲，變成煤渣。沒有陽光，地球會變冷，地球上的生命終將死亡。因此，沒有強力，星星不會發光，不會有太陽，地球上也不會有生命。

如果強力是原子核內部唯一起作用的力，那么，大多數原子核將非常穩定。然而，我們從經驗中知道，某些原子核（如鈾，有92個質子）的質量巨大，以至于它們會自動分裂，釋放出更小的碎塊和碎片，我們將這個物理過程稱為放射。在這些元素中，原子核是不穩定的和可解體的。因此，必然存在一個更弱的力在起作用，一個控制放射性的力，負責分解非常重的原子核——弱力。

弱力是短暫的且轉瞬即逝，我們在生活中并未直接體驗過它。然而，我們感受到了它的間接影響。當蓋革計數器放在一塊鈾的旁邊，我們聽到的測量原子核放射性的咔嗒聲是由弱力造成的。弱力釋放的能量也可用于產生熱量。例如，地球內部的巨大的熱量，部分是由地心深處的放射性元素蛻變產生的。反過來，如果這個巨大的熱量到達地球表面，可能會引起火山爆發。類似地，核電站核心釋放的熱量能產生足夠照亮一座城市的電力，這也是由弱力（以及強力）產生的。

沒有這四種力，生命將不可想象：我們身體里的原子會解體，太陽會爆裂，點燃恒星和星系的原子之火將被撲滅。因此，力的概念是一個古老而熟悉的概念，至少可追溯到艾薩克·牛頓時代。新的想法是，這些力或許只是一種力的不同表現。

日常經驗表明，一個物體可以表現為各種形式。將一杯水加熱，直到沸騰變為蒸汽。水，通常是液體，可以轉變為蒸汽（一種氣體），其性質已不同于液體，但它仍然是水。將一杯水冷凍成冰，通過撤出熱，我們可以將這種液體變成固體，但它仍然是水。同樣的物質，僅是在某些情況下變成了一種新的形式。

另一個更引人注目的例子是，巖石可以轉變成光。在特定條件下，一塊巖石可以變成巨大的能量（如果這塊巖石是鈾，能量可表現為原子彈）。因此，物質本身可以表現為兩種形式——作為物質物體（鈾）或作為能量（輻射）。

科學家們在過去的100年意識到，電和磁是同一個力的不同表現。在過去的25年，科學家才明白，弱力也能被視為同一個力的不同表現。1979年的諾貝爾獎授予了三位物理學家，史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）、謝爾登·格拉肖（Sheldon Glashow）、阿卜杜勒·薩拉姆（Abdus Salam），他們展示了如何將弱力和電磁力聯合成一種力，稱“電-弱”力。同樣，物理學家現在相信另一種理論，GUT（大統一理論）可以將電弱力與強相互作用聯合起來。

不過，物理學家們從未對重力有任何辦法。事實上，重力與其他力具有太多的不同，以至于在過去的60年里，科學家們幾乎絕望——無法將它和其他力聯合起來。盡管量子力學驚人地結合了另外三種力，但它應用于重力時失敗了。

歷史上，科學的發展是不連貫的。例如，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）的偉大貢獻是用他的引力理論計算行星的運動。與沃納·海森堡（Werner Heisenberg）和歐文·薛定諤（Erwin Schrodinger）的工作有很大不同，他們用量子力學揭示原子的工作原理。此外，量子力學所需的數學和原理似乎完全不同于描述空間扭曲、黑洞和大爆炸的愛因斯坦的廣義相對論。

然而，隨著統一場論的發展，是時候組裝這些分離的零件并整體查看了，而不僅是追求部分的總和。雖然尋求統一是最近得出的，但大多數開創性工作都始于過去20年里的工作。事后看來，用連貫的統一的概念重新分析科學上的偉大發現將成為可能。

由于統一場論產生的動力科學史正在慢慢重寫——包括艾薩克·牛頓實際上發明物理學和他發現萬有引力定律，幾千年人類歷史發展中的最重要的科學發展將變得更易解釋。

根據麥克斯韋的理論，光是由一致振蕩的電場（E）和磁場（B）組成的。電場垂直振動，磁場水平振動。

然而，麥克斯韋并不氣餒。他用自己的方程計算，他推導出了這個波的速度。令他吃驚的是，他發現這就是光速。不可避免的結論是，光被揭示出，只有一連串的電場變成了磁場。偶然地，麥克斯韋發現，他的方程解開了光作為電磁波的性質。因此，他是第一個發現了一個真正統一場論的人。

這是個了不起的發現，在重要性上可與牛頓對萬有引力定律的發現并列。1889年，麥克斯韋死后10年，海因里希·赫茲（Heinrich Hertz）通過實驗證實了麥克斯韋的理論。在一次戲劇性的演示中，赫茲制造了一個電火花，并能產生一個在很遠距離上可被探測的電磁波。正如麥克斯韋的預言，赫茲證明了這些自己傳播的波，不需要“以太”。最終，赫茲的粗略實驗發展為了我們今天稱之為“無線電”的龐大產業。

由于麥克斯韋的開創性工作，從那時起，光被稱為電磁力，是由電場和磁場迅速相互轉換的振動產生。雷達、紫外線、紅外線、無線電、微波、電視和X射線無非是電磁波采取的不同形式。（例如，當你收聽自己喜歡的電臺時，表盤上的指針指示99.5，表示無線電波包含的電場和磁場正以每秒9950萬次的速度相互轉化。）

不幸的是，麥克斯韋在提出這個理論后不久就去世了，他沒能活到足夠長的時間去深度探究自己創作的獨特處。然而，敏銳的物理學家在19世紀60年代就注意到了麥克斯韋方程必然需要奇異的距離和時間的扭曲。他的方程式與牛頓的理論因描述空間和時間的方式不同而完全不同。對牛頓來說，時間脈沖在整個宇宙中均勻跳動，地球上的時鐘和月亮上的時鐘以同樣的速度跳動。麥克斯韋方程預測，在某些情況下，時鐘可能會變慢。

科學家們沒有意識到，麥克斯韋的理論預測了放置在移動火箭船上的時鐘應該比放置在地球上的時鐘慢。起初，這聽起來非常荒謬。畢竟，時間流逝的一致性是牛頓系統的基礎之一。但是，麥克斯韋方程需要這種奇怪的時間扭曲。

半個世紀以來，科學家們忽略了麥克斯韋方程的這個奇怪的預測。直至1905年，一個物理學家終于明白且接受了麥克斯韋理論的這種深刻的時空扭曲。這個物理學家就是阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein），他創造的狹義相對論改變了人類歷史的進程。

根據愛因斯坦的說法，重力使星光彎曲是因為太陽實際上扭曲了它附近的時空。圖中，黑星代表恒星的實際位置，白星代表從地球上觀看恒星的表觀位置。

今天，重力導致的光線偏移可在實驗室測量，而無需將光束越過太陽。在1959年和1965年，哈佛大學教授羅伯特·龐德和他的同事們表明，當伽馬射線（一種形式的電磁輻射）從一個大樓頂部到底部傳送74英尺的距離，重力會使它們的波長改變一個極小的但仍能測到的量——一百萬億分之一。這也是愛因斯坦預測的數量。

盡管多年來人們將愛因斯坦的理論成就歸因于他的“天才”，事后看來，我們可以在一致性的背景下考慮廣義相對論。愛因斯坦的策略類似于牛頓和麥克斯韋，即發現潛在物理原理能將兩個不同概念結合在一個宇宙統一體中。

20世紀初，一系列挑戰牛頓物理學的新實驗引起了科學界的混亂。世界見證了從舊秩序的灰燼中浮現出新物理的陣痛。然而，在混亂中出現了兩種理論，而不是一種。

愛因斯坦開創了第一個理論——相對論——并集中他的全部努力理解重力和光這些力的性質。然而，理解物質本質的基礎是被第二個理論——量子力學——奠定的，它控制亞原子世界的一切現象，由沃納·海森堡（Werner Heisenberg）以及他的合作者創建。

-27erg sec確定，現稱“普朗克常數”）。這個數字實在太小，因此，我們從未在日常生活中看到量子效應。

物理界對普朗克的新想法和它的邏輯結論，光不是連續的而是粒狀的持強烈的懷疑態度。光可以被劈成像粒子一樣的“量子”碎片被認為非常荒謬。

5年后，1905年，愛因斯坦（仍是一位默默無聞的物理學家）寫下光電效應理論，將量子理論推向了下一個關鍵步驟。普朗克是一個不情愿的，幾乎是膽小的革命者，這是19世紀物理學家典型的氣質；愛因斯坦則大膽地提出了自己的理論，在新的方向上大步跨出。

愛因斯坦利用普朗克關于量子的奇怪理論猜想，當光粒子撞擊金屬時會發生什么？如果光是遵循普朗克理論的粒子，那么，它應該從金屬中的一些原子中將電子反彈出去，并產生電。然后，愛因斯坦用普朗克常數計算出了彈出的電子能量。

實驗物理學家很快就驗證了普朗克定律和愛因斯坦方程。普朗克在1918年因其量子理論獲得諾貝爾獎，隨后，愛因斯坦于1921年因提出光電效應獲得諾貝爾獎。

今天，我們受益于量子光電效應的應用。舉例來說，電視成為可能正是因為這個發現。電視里的攝像機利用光電效應記錄金屬表面上的圖像。光線通過相機的透鏡進入相機撞擊金屬，并產生特定的電模式，然后轉換成電視波打到家用電視機上。不同于普通的照相機膠片僅暴露一次，這種金屬可以重復使用，因此可以捕捉運動圖像。

◆電子顯微鏡。電子顯微鏡利用電子像波一樣的性質可以看到病毒大小的物體。數百萬人已直接受益于這個應用到醫學上的量子力學發明。

◆解開DNA分子的密碼。X射線衍射和其他探針用來確定這些復雜有機物的分子結構。最終，從這些分子的量子力學研究中可能會發現生命本身的秘密。

◆核聚變機。這些機器將利用太陽的核反應在地球上創造巨大的能量。盡管核聚變機還有許多實際未解決的問題，但最終它們或許能提供一種幾乎無限的能源。

毫無疑問，量子力學的成功已改變了醫學、工業和商業的基礎。具有諷刺意味的是，量子力學的實際應用如此明確，但它本身卻代表非常大的不確定性。簡而言之，量子力學在物理世界投下了一顆炸彈，結果是令人震驚的。“任何未被量子理論震驚的人，”尼爾斯·玻爾聲稱，“只是對它缺乏理解?！?/p>

保險箱竊賊和理論物理學家有什么共同之處？理查德·費曼（Richard Feynman）是一個成功的保險箱竊賊，他打開了世界上防護最嚴密的一些保險箱，他也是世界著名的物理學家。根據費曼的說法，保險箱竊賊和物理學家都擅長通過看似隨機的線索或者拼湊的微妙的模式找到問題的答案。

自20世紀30年代以來，物理學家們一直被一種令人沮喪的情緒吞噬——無法破解量子場論“保險箱”的任務，無法找出成功結合量子力學和相對論的關鍵。然而，在過去的20年，物理學家終于真正從原子對撞機的實驗數據中發現了誘人線索，形成了系統的模式。

今天，我們意識到，這種模式可以表達為一種潛在的數學對稱性將看似完全不同的各種力聯系起來。我們將看到，這些對稱性可在抵消量子場論中的分歧中發揮中心作用。發現這些對稱性可以抵消這些差異也許是過去半個世紀物理學中最偉大的一課。

迪克的物理學對普通人如此困難的原因在于他未使用方程式。自牛頓時代始，通常的理論方法為建立方程式，然后努力計算方程的解。迪克只是寫下了自己腦袋中得出的解，未寫出方程式。他對事情的判斷只需要一個物理圖像，他能通過這個圖像得出解，只需最少的計算。那些畢生致力于求解方程的人一定會被他弄糊涂——他們的思想是分析性的；迪克的方法是圖畫。

費曼的涂鴉很重要，因為它們允許他充分利用規范對稱的力量，這引發了一場物理學革命，并一直延續至今。

根據費曼的說法，當兩個電子（用直線棒表示）碰撞時它們交換光子（用波浪形棒表示）。在圖A中，這些碰撞的電子交換單個光子；在圖B，它們交換兩個光子；在圖C中，它們交換許多光子。

起初，這種處理無窮大的妙招受到了強烈質疑。畢竟，費曼的方法假設電子的原始質量和電荷（“基本的”質量和電荷）一開始就是無限的，但是它們吸收了（“重整化的”）圖中出現的無窮大，然后變成有限的。

無窮大減去無窮大能產生有意義的結果嗎？（或者，用物理語言，∞-∞=0嗎？）

對批評家來說，使用一組無窮大（源于循環）來取消另一組無窮大（源于電荷和質量）看起來像室內魔術。事實上，狄拉克多年來一直批評重整化理論太笨拙，不能真正代表我們對自然的理解的深刻飛躍。對狄拉克來說，重整化理論就像一個以賭牌為生的老手快速清洗他那幅費曼圖，直到帶有無窮大的牌神秘地消失。

“這只是不明智的數學，”狄拉克曾說，“明智的數學是當一個量變得很小時可以忽略這個量——不忽略它是因為它是無窮大，而你并不需要它！”

然而，實驗結果是不可否認的。20世紀50年代，費曼的重整化新理論（提供一種吸收無窮大的方式）允許物理學家以不可思議的精度計算氫原子的能級。沒有其他理論能接近量子電動力學理論那驚人的計算精度。盡管該理論只適用于電子和光子（而不是弱力、強力或重力），但它驚人的成功不可否認。

在證明費曼的理論與施溫格（Schwinger）和加來（Tomonaga）等價后，這三人在2006年分享了諾貝爾獎。事后看來，我們認識到，真正的成就是他們利用了麥克斯韋的規范對稱性，這是在量子電動力學中神秘地消除無窮大的主要原因。這種一次又一次發現的對稱性和重整化之間的相互作用是物理學重大的秘密之一。超弦理論有著物理學中從未發現過的最大的一組對稱性，強大的對稱性是超弦理論具有奇妙性質的核心原因。

根據W粒子理論，電子（直棒表示）與中微子（點狀棒表示）碰撞并交換一系列W粒子（螺旋表示）。

此外，經過一些練習，組裝W粒子交換產生的數百個弱交互過程的費曼圖并不難。

然而，問題是，這個理論不可標準化。不管費曼的把戲使用得多巧妙，該理論仍會被無窮大困擾。問題是W粒子理論本身存在一種基本缺陷——它沒有麥克斯韋方程那樣的規范對稱性。

因此，弱相互作用理論被冷落了30年。不僅實驗很難進行（因為眾所周知的難以捉摸的中微子的原因），W粒子理論也不可接受。物理學家對這一理論進行了幾十年的深入研究，也沒能取得重大突破。

會第三次取得成功嗎？

規范對稱性消除了QED和電弱理論的分歧。規范對稱性也是消除強相互作用中的無限性（無窮大）的關鍵嗎？答案是肯定的，但是在持續了幾十年的大量混亂之后。

強相互作用理論的起源可追溯到1935年，當時，日本物理學家湯川秀樹提出，原子核里的質子和中子是通過稱為“π介子”的粒子交換聚合在一起的。就像量子電動力學一樣，電子和原子核之間的光子交換將原子結合在一起，湯川通過類比提出這些介子的交換將原子核結合在一起，他甚至預測了這些假設的粒子的質量。

湯川秀樹第一個提出自然界中的短程力可以用大量粒子的交換來解釋。事實上，湯川秀樹的介子思想提供了原創靈感，使幾年后的其他物理學家提出W粒子作為弱力的載體。

1947年，英國物理學家塞西爾·鮑威爾（Cecil Powell）在他的宇宙射線實驗中發現了介子。這個粒子的質量非常接近湯川秀樹12年前的預測。由于湯川秀樹在揭開強力奧秘時做的先驅工作，他在1949年獲得了諾貝爾獎，鮑威爾獲得了1950年的諾貝爾獎。

盡管介子理論取得了相當大的成功（還是可重整的），但它絕不是終點。20世紀50—60年代，物理學家利用各個國家實驗室里的原子粉碎機發現了數百種不同類型的強相互作用的粒子——“強子”（包括介子和其他強相互作用的粒子，如質子和中子）。

數百個強子的存在使我們陷入困境。沒人能解釋在探測亞原子領域時為什么自然會突然變得復雜，而不是越來越簡單。相比之下，20世紀30年代，事情似乎很簡單——人們認為宇宙由四種粒子和兩種力組成（電子、質子、中子、中微子，光和重力）。根據定義，基本粒子的數量應該很少，但20世紀50年代的物理學家被國家實驗室發現的新強子淹沒。顯然，需要一種新理論在這種混亂中找出一些新道理。

諾貝爾獎獲得者恩里科·費米觀察了大量的新強子，每個都有一個奇怪的希臘名字，他曾哀嘆，“如果我能記住所有這些粒子的名字，我一定會成為植物學家。”

羅伯特·奧本海默開玩笑地說，“諾貝爾獎應該頒給那年未發現新粒子的物理學家?！?/p>

至1958年，強相互作用粒子數量增長已非?？?，以至于加州大學伯克利分校的物理學家出版了一份年鑒對其跟蹤。第一本年鑒有19頁，分類了16個粒子。1960年，粒子的數量大大增加，以至于出版了頁碼更厚的年鑒。至1995年，這份名單已超過了2000頁，描述了幾百個粒子。

湯川的理論雖然可以重整，但仍過于原始，無法解釋實驗室里出現的眾多的粒子。顯然，重整化是不夠的。正如我們前面看到的W粒子理論中缺少的成分是規范對稱性。經過幾十年的困惑，利用規范對稱性力量的同一經驗也要用到強力上。

1994年7月，物理學家在全世界的實驗室中舉起香檳，難以捉摸的“頂夸克”終于被人們發現。新聞稿發布時，芝加哥郊外的費米國家實驗室的物理學家幾乎不能抑制他們的興奮。

《紐約時報》立刻在頭版位置大肆宣傳這個勝利。在最近的記憶中，全國性報紙的首頁還出現過新的亞原子粒子的報道。突然，數百萬對原子完全不了解（甚至對原子沒有興趣）的人開始發問，“什么是頂夸克？”

紐約的NBC電視新聞隨機詢問鎮上的人是否知道什么是頂夸克。（經過一些滑稽的猜測，一個人做出了令人驚訝的準確的現場回答。）喜劇演員開始將頂夸克變成他們的替身，頂夸克是第一個在15分鐘內就獲得名聲的粒子！

1．它有如此奇異的夸克、輕子、膠子、W粒子和Z玻色子。

2．夸克和輕子都有整整三代，它們不能被區分（除了它們的質量）。

3．它有19個任意參數，包括輕子的質量，W粒子和Z玻色子的質量，強相互作用和弱相互作用的相對強度等。（標準模型不確定這19個數字的值。它們是在模型中無正當理由地臨時插入的，且是通過仔細測量這些粒子的性質被確定。）

作為一個指導原則，愛因斯坦總會問自己這個問題：如果你是上帝，你會如何構建宇宙？當然不是用19個可調參數和一大群多余的粒子。理想情況下，你只需要1個可調整參數（或者沒有可調參數），只用1個對象構造自然界中所有的粒子，甚至可能是空間和時間。

通過類比，我們看門捷列夫周期表，以及它的100多種元素集合，這是“上個世紀的粒子”。沒人能否認門捷列夫周期表在描述物質的構造磚塊上取得的成功。但事實上，它是隨機選擇的，有數百個任意常數，因此是不吸引人的。今天，我們知道，整個表可以用3個粒子來解釋——中子、質子、電子。同樣，物理學家認為，標準模型存在奇怪的多余夸克和輕子，應該由更簡單的結構構成。