已知最精確的科學理論是？

自古以來，人類就不斷地在問自己，萬物是由什麼構成的？它們又是如何結合在一起的？回答這個問題的理論是人類已知最精確的科學理論，然而它卻有著一個非常平淡無奇的名字——標準模型。在上個世紀的諾貝爾物理學獎中，超過四分之一都與標準模型有關。

自建立以來，標準模型在過去的50年中經受住了重重嚴峻的考驗，它描述了除引力之外的其它基本力以及組成所有物質的基本粒子。每一個試圖超越它的嘗試，都必須付出巨大的努力，而且從過去幾十年嘗試過的例子來看，很多都已經失敗了。

探索基本

我們都知道，我們周圍的世界是由分子組成的，而分子又是由原子組成的。門捷列夫在19世紀60年代就已經認識到這一點，並將所有原子排列到周期表中。但是，元素周期表中含有的不同化學元素種類多達118種。

○元素周期表包含了118個元素，這些元素還可以進一步被分割。| 圖片來源：ANTOINE2K/SHUTTERSTOCK

物理學家向來都喜歡簡潔，他們想要看到事物的本質、並揭開它們最基本的成分。顯然，100多個化學元素並不簡潔。早在兩千多年前的時候，古希臘的哲學家就把構成這個世界的基本單元分為四種元素：土、氣、火和水。這比118個元素要簡單得多，但卻是錯誤的。

到了1932年，科學家了解到所有的這些原子都由三種粒子——中子、質子和電子——構成的。中子和質子緊密地結合在原子核內，而質量更輕的電子則繞著原子核極速運動。於是，物理學家普朗克、玻爾、薛定諤、海森堡等人發展了一種新的科學——量子力學，以解釋這種運動。

粒子的數量一下子縮減到了3個，這似乎是個令人滿意的止步之處。但它們是如何結合在一起的？帶負電的電子和帶正電的質子通過電磁力束縛在一起。但是所有的質子全擠在核中，它們所帶的正電應該將它們有力地分開才對。而中性的中子並不能起到什麼作用。

那麼將質子和中子結合在一起的是什麼？或許有人會認為「這是神的旨意」。但是，這種情形即使對神來說也是極大的挑戰，因為祂需要密切關注宇宙中的10??個質子和中子，並按照祂的意志將它們結合在一起。

粒子動物園

而與此同時，大自然並不滿足於它的粒子動物園只有這3種粒子。算上構成光的粒子——光子的話，其實是4種。而當安德森探測到從外太空擊中地球的正電子（帶正電的電子）時，4又變成了5。安德森所探測到的正電子正是狄拉克曾經預言過的反物質粒子。後來，5個又變成了6個，這是因為湯川秀樹預言可以將原子核束縛在一起的π介子被發現了。

再後來，拉比發現了比電子重200倍的μ子，它的性質跟電子完全相同。這時候，這一數字已經上升到7了，似乎已經談不上簡潔了。然而，事情卻遠遠沒有結束。

到了20世紀60年代，已經出現了數百個「基本」粒子了。排列整齊的元素周期表，被長長的重子（如質子和中子）、介子（如π介子）和輕子（如電子和中微子）列表代替——雜亂且無指導原則可言。

在這一片混亂上蹣跚前進的是標準模型。這不是曇花一現的光輝，也沒有像阿基米德從浴缸中跳出來高喊「尤里卡」（eureka：我發現了）那樣靈光閃現的時刻。相反，它的出現源自於20世紀60年代中期，幾位關鍵性的人物發表的一系列重要見解，才將這一泥潭轉變為一個簡單的理論。隨之而來的，是五十年的實驗驗證和理論闡述。

現在我們知道，夸克有6種「味」，就像對應於冰淇淋中的香草、巧克力等不同味一樣，夸克有上、下、奇、粲、底和頂。 1964年，蓋爾曼和茨威格為我們揭示了「食譜」：混合搭配任意三個夸克可以構成重子。例如，原本我們以為是基本粒子的質子事實上是由更小的兩個上夸克和一個下夸克結合而成的；中子則是由兩個下夸克和一個上夸克組成的。一個夸克和一個反夸克則可結合成一個介子。一個π介子是一個上夸克或下夸克、與一個反上夸克或反下夸克的結合。

○標準模型中的基本粒子：夸克、輕子（比如電子和中微子）和載力粒子（比如光子）。| 圖片來源：Fermi National Accelerator Laboratory

有趣的是，這些夸克彼此之間總是緊密相連，你永遠不會看到一個單獨的夸克或反夸克。負責傳遞夸克之間的力的粒子被稱為膠子（就好比是光子之於電磁力），而描述夸克和膠子之間相互作用的理論被稱為量子色動力學。這是標準模型中至關重要的一部分，但其背後的數學卻是極其困難的，以至於相關問題被列為千禧年七大數學難題之一。物理學家一直在盡全力用它來進行計算，但仍處於學習如何使用的過程中。

標準模型的另一個核心是「輕子模型」。1967年11月20日，溫伯格在《物理評論快報》上發表的這篇標誌性的論文：《輕子模型》，為高能粒子物理學在20世紀後半葉的發展指明了方向。在只有兩頁半紙的論文中（算上參考文獻和致謝在內），溫伯格優雅而簡潔地書寫了宇宙中最深層的秘密。他將我們熟悉的電磁力和會導致特定放射性衰變的「弱核力」統一在一起，並將它們描述為同一種力的不同方面。它結合了賦予基本粒子質量的希格斯機制。

○溫伯格發表的論文：《輕子模型》。他的成果在當時無疑是革命性的，但卻被忽略了許多年，如今，這篇論文每周至少會被引用三次。

自那以後，標準模型預測了一次又一次的實驗結果，包括發現幾種夸克、以及傳遞弱核力的W和Z玻色子。雖然在20世紀60年代，人們曾忽略了中微子具有質量的可能性。但到20世紀90年代，中微子也被納入了標準模型，只比其他的粒子晚了幾十年加入這場粒子盛宴。

2012年，標準模型走上巔峰，迎來了一次偉大的勝利。科學家苦苦追尋的希格斯粒子終於在粒子加速器中被找到了！這是標準模型的最後一塊拼圖。然而，這並不意味著結束，而是一個新的開始。

物理學家一直在擔心標準模型沒有充分體現他們對簡潔性的期望，擔心其數學的自洽性，還有期待將引力也引入標準模型中的最終必要性。因此為了超越標準模型，物理學家已提出了很多的理論。它們都有著十分酷炫的名字，比如大統一理論、超對稱和弦論等等。

但可惜的是，這些所謂的超越標準模型的理論還沒能成功地預測到任何新的實驗現象。在50年後的今天，標準模型似乎還未到升級更新的時刻，這對標準模型來說是件值得慶祝的事，它仍然是迄今描述（幾乎）萬物最完美的理論。