我们的物质世界从何而来？

好奇心和独立思考的能力，是很多科学家得以成功的关键。无论我们是否立志要成为科学家，与自然世界共处，宇宙从哪里来？物质从哪里来？生命从哪里来？都是需要了解的问题。培养独立思考的能力，不盲从权威或流行的理论，无论从事哪方面的研究，都尽量保持客观;既要脚踏实地，让证据说话，又要思想活跃，有充分的想象力。希望这本书可以带给你这样的勇气和精神。作者希望通过这本书告诉青少年什么?本书希望达到两个目的：第一，是通过深入浅出的介绍，说明科学是有趣的，且并不难懂；第二，是希望通过对科学发展的生动描述，激发年轻人对科学的好奇心和独立思考的能力。这些宝贵的品质，是很多科学家得以成功的关键。——张东才宇宙从哪里来？物质从哪里来？生命从哪里来？我们从小就会问起这样的问题。这里，我们不仅与大家分享，在现代科学中，这些问题可以回答到什么程度；更希望告诉大家，这些简单问题背后的好奇心，推动着科学发展和技术进步。在我们繁忙的工作和学习之余，多问、多思考，不要丢掉这份好奇。——王一希望透过对科学不停进展的理解，激发大家对科学研究的追求。——王国彝科学的基本心态是“怀疑”，认知在验证和创见的互动中演进。——陈炯林

人类很早就在追问：我们的物质世界是怎样来的？它从何产生？如何运作？到了今天，科学家对这些问题已做过大量的研究，取得使人惊叹的成果。本书的目的，就是用一种通俗易懂的语言来介绍这些研究。与一般的科普书不同，本书采用了一种广阔的视野、深入浅出地介绍科学家今天对于自然世界的认识。本书的介绍是多角度的：不但有宏观的解读，还有微观的分析；我们不但回顾了科学发展的历史，也介绍了今天最重要的前沿研究，包括大量获得诺贝尔奖的工作。本书另一个特色，就是采用一种开放的学术态度。本书不但会介绍今天的科学家对于自然已有的认识和其主流理论，还会介绍科学家目前还不能解决的问题。通过这样的介绍，读者不但会对自然世界有一个更准确的认识，他们还能知道现有的知识有何不足，下一代的科学家的机会在哪里？本书由四位教授合作写成。作者都是国际水平的科学家，非常熟悉科学的前沿发展。他们把高深的科学理论用浅显的语言来说明，希望帮助启发读者的独立思考和好奇心；这些精神是许多科学家得以成功的关键。

张东才 教授（Prof. Donald Choy CHANG）台湾大学物理学学士，美国莱斯大学（Rice University）物理学硕士及博士。曾任教于美国贝勒 (Baylor) 医学院及莱斯大学。1991 年加入香港科技大学，历任该校教授及讲座教授。曾在北京大学（1981）与清华大学（1986）短期讲学；并曾在加州大学圣地亚哥分校（1996）与钱永健教授合作研究。现任香港科技大学特聘教授。张教授的研究兴趣很广，包括生物物理和量子物理。现为香港科大宏观科学计划的负责人。王一 教授（Prof. Yi WANG）中国科技大学学士（2005）， 中科院理论物理研究所博士（2009）。王博士曾在加拿大麦吉尔大学（McGillUniversity）和东京大学从事博士后研究工作。 2013—2015年间，他是剑桥大学的史蒂芬·霍金高级学者（StephenHawking Advanced Fellow）。2015 年加入香港科技大学，现任该校物理系副教授。 他也是香港科技大学粒子理论与宇宙学小组的核心成员。王国彝 教授（Prof. Michael Kwok-Yee WONG）香港大学物理学学士， 美国加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）物理学硕士和博士。他其后在伦敦帝国学院（Imperial College London）和牛津大学进行博士后研究。王教授于1992 年加入香港科技大学，现为香港科技大学物理系教授。王教授的研究兴趣很广，包括：复杂系统物理学，神经网络，机器学习，控制论以及天体物理。陈炯林 教授（Prof. Kwing-Lam CHAN）美国加州大学伯克利分校学士（1970），普林斯顿大学物理博士（1974）。陈教授于1975—1980 年曾任加拿大卡加里大学（University of Calgary）及皇后大学研究员，1980—1994 年任职于美国宇航局，1994 年加入香港科技大学数学系。他是一位天体学专家，研究范围包括天文物理，流体力学等。2007 年陈教授受邀成为中国嫦娥计划的顾问科学家。陈教授现为澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室教授。

第一章导言：人类是怎样了解自然的？回顾了人类在历史上是如何尝试去了解自然的, 科学是怎样一步一步发展起来的。不但介绍了本书的内容，也介绍了本书的特色。第二章什么是宇宙？宇宙是什么？宇宙从何而来？宇宙由什么构成？宇宙是恒久不变的吗？这些都是许多人很想知道的问题。本章尝试根据现代宇宙学近期新的研究来提供一些回答。第三章物质是如何构成的？我们知道物质由原子构成。但原子是那么小，我们如何知道它的结构？为了要了解原子的物理性质，科学家在20 世纪发展了一套新的理论，称为“量子物理”。这套量子理论是怎么样发展出来的呢？它是如何能解释原子结构和性质的？第四章现代粒子物理学的标准模型现在已知原子是由更基本的亚原子粒子构成的。不过，人们发现有些组成原子的粒子（质子和中子）也并非是最基本的，它们本身又是由一些更基本的粒子构成的。事实上，宇宙中有数以百计的不同性质的粒子。有些粒子相信是用来组成物质的，而有些粒子却被认为是用来传递物质与物质之间的作用力的。目前的粒子物理学是如何解释这些粒子的来源和性质的？第五章神奇的量子世界美国有一位有名的物理学家理查德•费曼曾经说过一句很有名的话：“我敢保证没有人真正了解量子力学。”他为什么这样说？量子力学真的那么神奇吗？在本章里，我们回顾为什么目前不错的科学家对量子世界还有那样大的困惑。第六章如何解释物质的量子性质？从物质波的观点看自然世界本章探讨如何尝试突破在量子理论里的传统思维。近期新的研究显示，如果把粒子视为真空的激发波，那么量子世界里面一些神奇的地方就可以得到合理的解释。第七章从粒子世界到物质世界—宇宙中的不同化学元素是如何产生的目前, 科学家认为宇宙起源于大爆炸。不过这个宇宙大爆炸理论只预言了最简单的原子（氢和氦）的产生。然而在现实世界里的许多物体，包括我们自己的身体，都是由多种不同的元素组成的。这些比氢重得多的化学元素是如何产生的呢？第八章我们在宇宙中的家园——地球太阳系中只有地球适宜人类居住，是什么条件使地球有别于系内的其他行星？认识地球是一项综合应用与基础研究的庞大工作，我们在此为大家提供一个扼要的介绍。第九章总结篇：我们今天对自然的认识到了什么样的程度？还有哪些待解的难题？对于从大到小不同尺度的自然世界，我们都已经有了不少的认识。但是对于极小尺度和极大尺度的世界，我们的认识却依然非常不足。目前许多的理论还带有不少推测的成分，其出发点往往是追求数学的美, 而非自然的真。在今天，科学家现在努力地去寻找验证这些理论的实验证据。在本章里，我们列出一些科学界现在十分关注的基本问题。全书图的出处