上节课我们说到了宇宙，里面有光和其他物质在运动。光由光子组成，这是爱因斯坦凭直觉想出的光的微粒。我们看到的物体都是由原子组成的。原子由一个原子核和围绕它的电子组成，原子核由紧密聚集在一起的质子和中子构成。质子和中子则由更小的粒子构成，美国物理学家默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）为它们取名“夸克”（quark）。他的灵感来自詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根守灵夜》中一句没有意义的话里的一个没有意义的词：“给马斯特·马克来三夸克！”我们触碰到的每样东西都是由电子和这些夸克组成的。
夸克之所以能够在质子和中子里“黏”在一起，是因为一种物理学家们称作“胶子”（gluons）的粒子，它是从英文的“胶水”（glue）变化而来的，科学家们取名时似乎并没有发觉这个词有点可笑。
我们身边的所有物体都是由电子、夸克、光子和胶子组成的，它们就是粒子物理学中所讲的“基本粒子”。除此之外还有几种粒子，例如中微子（neutrino）——它布满了整个宇宙，但并不跟我们发生交互作用，还有希格斯玻色子（Higgs boson）——不久前日内瓦欧洲核子研究中心的大型强子对撞机发现的粒子。但这些粒子并不多，只有不到十种。这少量的基本原料，如同大型乐高玩具中的小积木，靠它们建造出了我们身边的整个物质世界。
量子力学描述了这些粒子的性质和运动方式。这些粒子当然并不像小石子那般真实可感，而是相应的场的“量子”，比方说光子是电磁场的“量子”。就跟在法拉第和麦克斯韦的电磁场中一样，它们是这些变化的基底场中的元激发，是极小的移动的波包。它们的消失和重现遵循量子力学的奇特定律：存在的每样东西都是不稳定的，永远都在从一种相互作用跃迁到另一种相互作用。
即使我们观察的是空间中一块没有原子的区域，还是可以探测到粒子的微小涌动。彻底的虚空是不存在的，就像最平静的海面，我们凑近看还是会发现细微的波动和振荡。构成世界的各种场也会轻微地波动起伏，我们可以想象，组成世界的基本粒子在这样的波动中不断地产生、消失。
这就是量子力学和粒子理论描述的世界。这同牛顿和拉普拉斯（Laplace）的世界相去甚远：在那里，冰冷的小石子在不变的几何空间里沿着精确而漫长的轨迹永恒不变地运动着。量子力学和粒子实验告诉我们，世界是物体连续的、永不停歇的涌动，是稍纵即逝的实体不断地出现和消失，是一系列的振荡，就像20世纪60年代时髦的嬉皮世界，一个由事件而非物体构成的世界。
粒子理论的细节在20世纪50—70年代逐渐得到完善。参与这项工作的有20世纪最伟大的物理学家，如理查德·费曼（Richard Feynman）和盖尔曼，还有一群举足轻重的意大利人。这些细节的建构导出了一个复杂的理论，它建立在量子力学的基础上，被称为“基本粒子标准模型”，一个不太浪漫的名字。20世纪70年代，在其所有预测被一系列实验证实之后，这个“标准模型”终于得以确立。1984年，我们意大利现在的参议员卡洛·鲁比亚（Carlo Rubbia）还凭着这个模型的首批数据获得了诺贝尔奖。2013年希格斯玻色子的发现，完成了“标准模型”确认工作的最后一环。
虽然有一系列成功的实验，物理学家们却从未真正认真看待“标准模型”。这个理论至少第一眼看上去零零碎碎，东拼西凑。它由不同的理论和方程集合而成，看不出有什么清晰的秩序。它描述了某些场，通过由某些常数决定的某些力相互作用，表现出某些对称性（可为何非得是这些场、这些常数、这些力和这些对称性呢）。我们距离广义相对论和量子力学的简洁方程还很遥远。
标准模型方程对世界进行预测的方式也复杂得离谱。直接使用这些方程会得出毫无意义的预测，因为计算出来的每个数都是无穷大。要想得到有意义的结果，必须假定参数本身就是无穷大，才能抵消荒谬的结果，让它们变得合理。这道曲折迂回的程序就是“重整化”（renormalization）；它在实际应用上是可行的，但那些追求简洁性的人仍觉得有所欠缺。
爱因斯坦之后20世纪最伟大的科学家，量子科学最重要的建立者，标准模型第一个也是最主要的方程的作者——保罗·狄拉克（Paul Dirac），在他生命的最后几年曾反复表达他对这一状况的不满，他说：“我们还没有解决这个问题。”
近几年，标准模型还出现了一个明显的缺陷。天文学家们发现，在每一个星系的周围都存在着一团巨大的云状物。我们是通过它对星体的引力和它使光发生偏折的现象才间接发现它的。我们无法直接看到这团巨大的云，也不知道它由什么组成。科学家们提出了很多假设，却没有一个说得通。很明显有东西在那儿，但它具体是什么，我们却无从知晓。今天我们把它称为“暗物质”（dark matter），一种无法用标准模型描述的东西，不然我们也不会看不见它了。它不是原子，不是中微子，也不是光子……
亲爱的读者，天空和大地上存在着超出我们的哲学或物理学想象的东西，这也不是什么新鲜事了。就在不久之前，我们还在怀疑无线电波和中微子的存在呢，尽管它们充满了整个宇宙。
迄今为止，标准模型仍然是解释物质世界最好的理论，它的预测全都得到了证实。除了暗物质和广义相对论中被描述为时空曲率的引力之外，它很好地解释了已知世界的方方面面。
曾有人提出其他理论，试图替代标准模型，但都被实验推翻了。例如，20世纪70年代有人提出了一个不错的理论，称为SU（5）理论，它用一个更简洁优雅的结构取代了标准模型中无序的方程。这个理论预测质子会以一定的概率衰变，分解成电子和夸克。科学家们造了很多巨型仪器，来观测质子的衰变。有些物理学家为寻找可观测到的质子衰变奉献了一生（由于衰变需要太长时间，所以不能一次只观测一个质子，人们取来成吨的水，在周围安装灵敏的探测器观测质子衰变的效应）。可是，唉，至今还没有人观测到质子的衰变呢。SU（5）这个漂亮的理论，虽然简洁美妙，却得不到上帝的青睐。
同样的故事也许正在上演。有一种被称为“超对称”的理论预言存在一类新粒子。在整个物理生涯中，我不断听说有同事在满怀信心地期待着这些粒子不日就被发现。但是随着时间的流逝，一天天、一月月、一年年、数十载……这些超对称粒子依然没有现身。物理学史并非只有成功。
所以我们现在还只能依赖标准模型。它可能不太优美，但是用来解释我们周围的世界却很好用。谁知道呢，仔细想想，或许并不是这个模型不优美，而是我们还没有学会从正确的角度看待它，没有发现隐藏其中的简洁。如今，这就是我们对物质的认识：
屈指可数的几种基本粒子，不断地在存在和不存在之间振动、起伏，充斥在似乎一无所有的空间中。它们就像宇宙字母表里的字母，以无穷无尽的组合，讲述星系、繁星、阳光、山川、森林、田地，以及节日里孩子脸上的笑容和星光璀璨的夜空的漫长历史。
