光有好书 |《费米的大象》——不费劲的微观粒子探奇记

这本关于追求“标准”的书，将带你挑战世上“最小”的谜题。

打开手机中的导航APP，我们可以用两根手指把地图逐渐放大，从一整座城市到某条具体的街道，一目了然；在规划出行路线时，能分辨出街道的地图便足够用了。不过，当我们把目光投向现实世界，身边的任意一样事物，比如水杯、衬衫或呼进呼出的空气，能被一直分割下去吗？还是说，分到一定程度便“足够用了”呢？

早在两千多年前，就有古希腊哲学家提出万物由不可分割的、微小的“原子”构成。近代科学家将“原子”的概念借用过来，用以描述化学变化中不可分割的最小粒子。不过，随着物理学研究的不断深入，科学家发现原子仍可被划分。原子中有电子和原子核，原子核中有质子和中子，质子和中子由夸克构成……为了合理地解释所有这些粒子的属性以及它们之间的相互作用，几代理论物理学家——其中的佼佼者包括费米、盖尔曼、杨振宁、李政道、温伯格等——不懈努力，终于发展出了一个有史以来最成功、最精确的科学理论——粒子物理学标准模型。

《费米的大象》一书就是围绕粒子物理学标准模型的发展历程展开的：一方面，以20世纪的十几个里程碑式科研突破为主线，全景梳理标准模型的发展脉络，搭建系统的知识框架；另一方面，深入挖掘一流粒子物理学家的科研故事，展现他们的深邃思想和鲜明个性。

费米是意大利裔美籍物理学家，1938年诺贝尔物理学奖获得者，被称为物理学“教父”。他在理论和实验两方面都做出了杰出贡献，包括创建原子核贝塔衰变的有效场论、研制出世界首个受控核反应堆等。费米认为优秀的物理理论应该具有简洁而清晰的物理图像、精确而自洽的数学体系，还应该像一头大象，拥有尽可能少的自由参数但却表现得活灵活现，从而做出尽可能多、经得起实验检验的科学预言。他的一句在学界广为流传的名言恰如其分地体现了这一点：“我记得我的朋友约翰·冯·诺伊曼曾经说过，用4个参数我可以拟合出一头大象，而用5个参数我可以让它的鼻子摆动起来。”

本书作者邢志忠是一位优秀的粒子物理学家，他亲身参与并见证了标准模型发展的末端，与许多建立标准模型的核心人物有极好的私交，对标准模型的发展历史有深入了解。作者认为，标准模型就是一个完美符合费米标准的理论“大象”。通过本书可以了解到：标准模型如大象般身躯庞大，能容纳所有已知的基本粒子、除引力外的基本相互作用（电磁力、弱核力、强核力），从而解释微观世界的各种现象；它如大象般轮廓简洁而明确，用上了尽可能少的自由参数；它具有象鼻般的灵巧，多个理论预言与实测数据相比符合到了史无前例的高精度。令人感慨的是，这头“大象”并非一开始就完整地呈现在物理学家面前。面对“深不可测”的微观世界，即使是最具天赋的一流理论物理学家也有点像盲人一样需要大量摸索。他们每个人往往只能拼凑出理论体系中的一个部分，而整个标准模型的建立则是一场前仆后继的“盲人摸象”。说他们是盲人摸象，并非贬低他们的智慧，而是称颂他们的耐心和毅力、面对未知时的谦虚和勇气。

本书在科学知识的专业性和人物故事的趣味性之间实现了很好的平衡。作者在科研之余还是一位热衷于科普事业的作家，他的文字简洁、清晰、幽默且富有洞察力和人情味，能在无形中拉近普通人与前沿科学的距离。他的专业背景和写作风格相辅相成，共同成就了本书的独特质感。

本书将许多细节填充进波澜壮阔、跌宕起伏的历史进程中。作者写生性狂妄不羁、自认为物理学革命者、见谁都敢“怼”的泡利晚年却在酒吧向朋友吐真言，表达对自己所取得的科学成就的不满意甚至失望之情；写无论是令人筋疲力尽的长途巴士旅行，还是一个舒服的热水澡，都可以在苦心孤诣的物理学家的脑中孕育出解决重大难题的灵感；写争强好胜的盖尔曼对物理学中生硬抽象的概念深恶痛绝，喜欢自创一些形象生动的名词来描述基本粒子的特性……这些细节让严肃的物理史褪去了教科书式的刻板，露出了充满人情味的肌理。

作者将人物故事作为触发和带动主要知识点的引线，他毫不敷衍地梳理出故事背后的物理逻辑，把量子场论、对称性、对称性自发破缺等硬核概念，用精准的语言拆解再串联。你不仅读到了有趣的故事，读完还发现脑子里的物理框架也被悄悄搭建了起来，这就像一位靠谱的向导一边带你看风景，一边把地图印在你的脑海里。

用故事和知识点燃的，是思想与精神的火焰。这团火焰不仅照亮了微观世界的运行法则，更映出科学家在未知边缘的徘徊、执着与顿悟。作者最想传递的远非知识本身，而是伟大科学家共通的探索和创新精神：面对“不可见”时，像费米那样坚信简洁与精确的力量；面对“不可解”时，像泡利和特霍夫特那样敢于迎难而上；面对“未完成”时，像所有前行者一样，承认当前的成就并非终点，并迈出下一步。这些精神并非凭空而来，它们的根基在于每一位优秀科学家身上都具备的好奇心、想象力和抽象力。这三者往往比知识更重要，好奇心让你追问，想象力让你跨越未知，抽象力让你在纷繁中看见秩序。

作

者

简

介

邢志忠，中国科学院高能物理研究所研究员，中国科学院大学物理科学学院岗位教授。长期从事粒子物理学的理论研究，在中微子质量起源和轻子味混合方面做出若干原创性工作，2024年获得中国物理学会王淦昌物理奖。业余时间从事科普创作与翻译，代表作品包括原创科普图书《中微子振荡之谜》，译著《改变世界的方程》《希格斯》《你错了，爱因斯坦先生！》《我是我认识的最聪明的人》等。

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供稿 | 吴闻宇

编辑 | 徐睿