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取得開(kāi)啟宇宙奧秘之門的鑰匙 村山齊

村山齊1964 年出生于日本東京，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校教授、東京大學(xué)卡弗里數(shù)學(xué)物理聯(lián)合宇宙研究機(jī)構(gòu)所長(zhǎng)。修完?yáng)|京大學(xué)研究生院院理學(xué)系研究科博士課程。基本粒子理論、基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的年輕帶頭人之一。

可以用暗物質(zhì)的地圖闡明宇宙的結(jié)構(gòu)？

有“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子是什么？

可能存在很多其他的宇宙？

有很多想要了解的東西。

飛離地球，向宇宙之旅出發(fā)！

北野武：村山老師，您是東京大學(xué)卡弗里數(shù)學(xué)物理聯(lián)合宇宙研究機(jī)構(gòu)所長(zhǎng)，頭銜真是夠長(zhǎng)的。(笑)該機(jī)構(gòu)是匯集各國(guó)物理學(xué)、天文學(xué)和數(shù)學(xué)的研究者，揭示宇宙之謎的頂級(jí)研究所。您自身是理論物理學(xué)家，研究宇宙的時(shí)候需要數(shù)學(xué)家的幫助嗎？

村山：對(duì)于我們這些研究者而言，數(shù)學(xué)是一種語(yǔ)言。如同有人“使用英語(yǔ)”或“使用法語(yǔ)”，我們使用的是“數(shù)學(xué)”。當(dāng)出現(xiàn)新的未解之謎，想要揭示它的時(shí)候，我們所掌握的詞匯會(huì)遇到不足的情況。此時(shí)，為我們創(chuàng)造出補(bǔ)充詞匯的就是數(shù)學(xué)家。

北野武：也就是說(shuō)，與理論物理學(xué)家相比，數(shù)學(xué)家的詞匯更加豐富吧？

村山：物理學(xué)家有時(shí)也會(huì)隨意創(chuàng)造出有些騙人的算式。但是，數(shù)學(xué)專業(yè)的人隨后會(huì)調(diào)查那個(gè)算式，告訴物理學(xué)家這種語(yǔ)言的定義、語(yǔ)法以及正確的使用方法。例如，一旦出現(xiàn)“無(wú)窮大”的問(wèn)題，物理學(xué)家就束手無(wú)策。然而數(shù)學(xué)家連無(wú)窮大都能進(jìn)行分類。即使同樣的無(wú)窮大，也存在這個(gè)無(wú)窮大比那個(gè)無(wú)窮大更大的情況。(笑)

北野武：也就是說(shuō)，物理老師將自己的想法介紹給數(shù)學(xué)老師，讓其推導(dǎo)出正確的算式吧？

村山：嗯。但是，除了算式之外，物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家真是語(yǔ)言很難相通的。這是我們交流過(guò)程中的一個(gè)難點(diǎn)。例如，我們的研究所也錄用數(shù)學(xué)家，我們會(huì)閱讀推薦該人的數(shù)學(xué)家所寫的推薦信，以此判斷是否錄用。閱讀物理學(xué)家寫的推薦信，會(huì)發(fā)現(xiàn)“該人在全世界都數(shù)一數(shù)二”等字眼，于是就會(huì)認(rèn)為“這個(gè)人好像很厲害”，從而將其錄用。但是，數(shù)學(xué)家的推薦信不會(huì)這么寫。他們會(huì)以“該人證明了這個(gè)定理，這個(gè)定理也證明了……”這樣的話為推薦信畫上句號(hào)。(笑)我們無(wú)從知曉該人有多厲害。對(duì)于寫推薦信的人而言，“在全世界數(shù)一數(shù)二是無(wú)法證明的”，數(shù)學(xué)家不能寫無(wú)法證明的情況。

北野武：如果寫下無(wú)法證明的情況就等于在撒謊吧。(笑)

村山：是的。因此，我們會(huì)直接給應(yīng)聘的人打電話，這樣問(wèn)道：“我們雖然明白你證明了這個(gè)定理，但是這個(gè)定理真的那么厲害嗎？”我們聽(tīng)到的回答是：“50 年后就知道到底有多厲害了。”(笑)

北野武：真是這樣啊。(笑)您目前正在卡弗里數(shù)物聯(lián)合宇宙研究機(jī)構(gòu)攻克宇宙的未解之謎，那么您從小就是一位天文少年吧？

村山：不，我雖然對(duì)天體感興趣，但是父親告訴我“咱家沒(méi)錢”，連個(gè)望遠(yuǎn)鏡都沒(méi)給我買。(笑)因此小時(shí)候沒(méi)能成為天文少年。

北野武：您的專業(yè)是基本粒子物理學(xué)，最初沒(méi)有打算研究宇宙嗎？

村山：是的。不過(guò)基本粒子與宇宙密切相關(guān)。1992 年，我個(gè)人就接觸到了基本粒子與宇宙聯(lián)系起來(lái)的實(shí)例。美國(guó)的喬治•斯穆特和約翰•馬瑟通過(guò)人造衛(wèi)星的觀測(cè)，證明了“大爆炸”的存在。他們二人因此獲得了2006 年的諾貝爾獎(jiǎng)。大爆炸得到證明，告訴了我們宇宙過(guò)去是很小的，想要解開(kāi)這個(gè)謎題，基本粒子的研究不可或缺。我對(duì)此感到無(wú)比震驚。于是，我想去獲得如此觀測(cè)成果的老師喬治•斯穆特的身邊，第二年我就去了美國(guó)的加州大學(xué)伯克利分校。其實(shí)這位老師特別有意思。伯克利分校里有些停車位只供諾貝爾獎(jiǎng)得主停車。由于接到了瑞典的諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)電話，斯穆特博士心想“太好了，我也可以把車停在這里了”，當(dāng)天即把車停到了那里，然而接到了違章停車的罰單。據(jù)說(shuō)違規(guī)的理由是當(dāng)時(shí)還沒(méi)有參加授獎(jiǎng)儀式。(笑)

北野武：斯穆特博士觀測(cè)到的是類似于電磁波之類的東西吧？

村山：他們發(fā)現(xiàn)的東西叫作宇宙微波背景輻射，實(shí)際上是“大爆炸的余燼”。因?yàn)楣獾诌_(dá)地球需要時(shí)間，所以天體觀測(cè)看得越遠(yuǎn)，越能看到過(guò)去的宇宙。遠(yuǎn)在20 億光年的星星是20 億年前的樣子。隨著不斷拉遠(yuǎn)觀測(cè)的距離，如果能夠看到發(fā)生大爆炸的138 億光年的遠(yuǎn)方，那么應(yīng)該可以看到138 億年前宇宙的樣子。然而，來(lái)自大爆炸的光因宇宙的膨脹而拉伸，最終變成了電磁波。通過(guò)調(diào)查這一電磁波，印證了宇宙從大爆炸開(kāi)始，經(jīng)過(guò)138 億年變成現(xiàn)在模樣的事實(shí)。

北野武：大爆炸理論讓基本粒子的微觀世界和宇宙的宏觀世界緊密聯(lián)系起來(lái)，真是有意思啊。(2012 年)7 月4 日，瑞士的CERN(歐洲核子研究組織)發(fā)現(xiàn)“ 希格斯玻色子”一事成為了熱門新聞。希格斯玻色子是什么呢？它是解釋宇宙中的物質(zhì)具有質(zhì)量的關(guān)鍵吧？

村山：嗯，應(yīng)該是這樣的。具有質(zhì)量就相當(dāng)于具有能量。

北野武：這就是愛(ài)因斯坦的相對(duì)性原理吧。因?yàn)镋(能量)=m(質(zhì)量)×c 2(光速)，所以能量與質(zhì)量成正比。因此具有質(zhì)量，就不能沒(méi)有能量。順便問(wèn)一句，我們的體重也能換算成能量吧？

村山：可以。我們的體重取決于體內(nèi)原子核的質(zhì)子和中子的重量。質(zhì)子和中子里有3 個(gè)叫作夸克的基本粒子，它們以光速在其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。我們雖然看不到它的一舉一動(dòng)，但是夸克的運(yùn)動(dòng)具有能量，所以質(zhì)子和中子是具有質(zhì)量的。因此，我們自身即使不動(dòng)也是有質(zhì)量的。它的大小就是用體重計(jì)測(cè)量的數(shù)值。

北野武：既然具有質(zhì)量，那么必然從哪里獲得了能量，否則就怪了。

村山：不過(guò)，即使夸克和電子靜止不動(dòng)，也具有微小的質(zhì)量。與質(zhì)子不同，夸克和電子的內(nèi)部應(yīng)該沒(méi)有任何東西，因此靜止也具有重量就奇怪了。于是希格斯玻色子填補(bǔ)了這一理論的空白。其實(shí)宇宙中充滿了希格斯玻色子這種粒子。質(zhì)量越大，基本粒子在空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)起來(lái)的難度就越大。也就是說(shuō)，質(zhì)量是基本粒子運(yùn)動(dòng)起來(lái)的難度。夸克和電子雖然都想在空間內(nèi)以光速疾馳，但是遭到希格斯玻色子的阻攔無(wú)法以光速運(yùn)動(dòng)。因此，我們認(rèn)為質(zhì)量為零的基本粒子可以看作具有質(zhì)量。

北野武：那么，充滿希格斯玻色子的地方被光線照射后會(huì)怎么樣呢？

村山：光線會(huì)撞到帶電的東西。光不會(huì)注意不帶電的東西。因此，雖然宇宙中充滿希格斯玻色子，但是由于該粒子不帶電，光的傳播可以暢通無(wú)阻。

北野武：希格斯玻色子也是使用CERN 的LHC(大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī))這個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)的。據(jù)說(shuō)工作原理是使用加速器讓粒子互相撞擊，然后通過(guò)撞擊試圖發(fā)現(xiàn)撞擊前不存在的粒子。但是，由于粒子撞擊實(shí)驗(yàn)可以產(chǎn)生黑洞，地球存在被黑洞吞噬的危險(xiǎn)，因此也出現(xiàn)了叫停實(shí)驗(yàn)的訴訟，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)黑洞真的沒(méi)關(guān)系嗎？

村山：確實(shí)有可能出現(xiàn)極小的黑洞。但是，粒子撞擊的瞬間即使產(chǎn)生了黑洞，也會(huì)隨即蒸發(fā)。霍金博士在很久以前就提出了這一預(yù)言。我們普遍認(rèn)為黑洞是漆黑的死亡天體，而且非常寒冷。然而，霍金博士說(shuō)：“不，其實(shí)黑洞散發(fā)著微微的熱量。”散出熱量意味著能量在減少。如果能量持續(xù)不斷減少下去，黑洞早晚會(huì)蒸發(fā)消失。而且，黑洞越小其蒸發(fā)的速度越快。在CERN 產(chǎn)生的黑洞大約經(jīng)過(guò)10-80 秒就會(huì)蒸發(fā)。因此，即使產(chǎn)生了黑洞，它也沒(méi)空吞掉地球。(笑)

北野武：我們不斷獲取關(guān)于宇宙的新發(fā)現(xiàn)。我過(guò)去上學(xué)時(shí)學(xué)的是“萬(wàn)物皆由原子組成”，然而近期的研究表明原子占整個(gè)宇宙的比例連5% 都不到。據(jù)說(shuō)在剩余的96% 中，約有23% 的是叫作暗物質(zhì)的東西，因此暗能量占了73% 左右。

村山：嗯，宇宙幾乎全部由未知的東西構(gòu)成，我們看到的部分真是冰山一角。因?yàn)槲覀儾磺宄@兩種東西的真正面目，所以姑且稱其為“暗”。

北野武：所謂暗物質(zhì)，就是字面意思的物質(zhì)嗎？

村山：嗯，是物質(zhì)。只不過(guò)，我們認(rèn)為它是一種與原子不同的物質(zhì)，既不會(huì)發(fā)光，也不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

北野武：我們既然看不到這種東西，為何說(shuō)它存在呢？

村山：宇宙中有很多旋渦狀的星系，隨著觀測(cè)技術(shù)水平的提高，我們發(fā)現(xiàn)星系的旋轉(zhuǎn)速度即使遠(yuǎn)離中心也幾乎是相同的。但是，在太陽(yáng)系中距離越遠(yuǎn)引力的影響就越弱，外側(cè)的行星應(yīng)該是緩慢運(yùn)動(dòng)的。因此如果不考慮存在吸引外側(cè)行星的引力源，就無(wú)法解釋其旋轉(zhuǎn)速度為何與內(nèi)側(cè)的行星相同。離太陽(yáng)系中心越遠(yuǎn)的地方，這種引力源就更多。我們所在的銀河系也是這樣的。太陽(yáng)系的運(yùn)動(dòng)速度約為每秒240 千米，之所以即便如此也無(wú)法迅速飛向宇宙另一邊，是因?yàn)殂y河系整體的引力維系著這種平衡。但是，如果繼續(xù)增加銀河系的星體數(shù)量，就不會(huì)有恰到好處的維系太陽(yáng)系的引力了。如果沒(méi)有那些看不見(jiàn)的物質(zhì)所產(chǎn)生的強(qiáng)大引力，我們的太陽(yáng)系應(yīng)該就會(huì)與銀河系說(shuō)拜拜了。

北野武：我們也知道宇宙的何處存在暗物質(zhì)嗎？

村山：我們清楚地了解其位置，這也是出乎意料的。光線會(huì)在引力作用下發(fā)生彎曲。在存在大量暗物質(zhì)的空間背后，只要有星系，來(lái)自該星系的光就會(huì)在暗物質(zhì)的引力作用下發(fā)生彎曲，看上去星系好像被拉長(zhǎng)了。也就是說(shuō)，在積存大量暗物質(zhì)的地方發(fā)揮了透鏡的作用。這就是所謂的引力透鏡效應(yīng)。雖然認(rèn)為那里什么也沒(méi)有，但是星系被拉長(zhǎng)的現(xiàn)象意外地告訴了我們暗物質(zhì)的存在。

北野武：原來(lái)如此。既然如此，那么只要能夠觀察足夠多的星系，就能了解暗物質(zhì)的整體概況吧？

村山：我們想從事這方面的嘗試，推出了“SuMIRe 項(xiàng)目”，試圖使用斯巴魯望遠(yuǎn)鏡觀察幾百萬(wàn)個(gè)遠(yuǎn)在數(shù)十億光年的銀河。只要順利推進(jìn)該項(xiàng)計(jì)劃，就能繪制出暗物質(zhì)的地圖。宇宙的骨架結(jié)構(gòu)應(yīng)該取決于暗物質(zhì)。因此只要繪制出暗物質(zhì)的地圖，我們就能了解宇宙的構(gòu)造。如果能夠掌握宇宙的結(jié)構(gòu)，我們就能了解宇宙的進(jìn)化方式，并能預(yù)知其下一步的進(jìn)化方向。

北野武：看來(lái)暗物質(zhì)是打開(kāi)理解宇宙之門的鑰匙啊。

村山：宇宙誕生之初，作為天體材料的原子以一種極為平常的狀態(tài)廣泛散落在宇宙之中。暗物質(zhì)的引力將其聚集在一起，組成了星體。初期的宇宙中存在暗物質(zhì)分布稍微多和少的地方，暗物質(zhì)濃度越大其引力也越強(qiáng)。于是很多原子被吸引過(guò)來(lái)，變成了星體。如果不存在暗物質(zhì)，宇宙將僅僅是一個(gè)粒子均勻散落在各處的索然無(wú)味的空間，也可能就不會(huì)誕生我們?nèi)祟惲税伞?/p>

北野武：“維度過(guò)小且卷曲”是什么意思啊？(笑)

村山：空間中的維度表示運(yùn)動(dòng)方向。我們所處的空間具有上下、前后和左右的運(yùn)動(dòng)方向，因此是三維空間。不過(guò)，對(duì)于走鋼絲的演員而言，他只能在鋼絲上面做前后的運(yùn)動(dòng)，因此鋼絲在其眼中是一個(gè)一維的世界。但是，如果鋼絲上有一只螞蟻，它既能前后運(yùn)動(dòng)，也能圍繞著鋼絲轉(zhuǎn)圈。所以對(duì)于螞蟻而言，鋼絲是二維的。也就是說(shuō)，雖然同在一條鋼絲上，體型巨大的人類只能看到一維的通道，對(duì)于渺小的螞蟻而言，鋼絲卻是一個(gè)二維的世界。“維度過(guò)小且卷曲”就是這種感覺(jué)，因?yàn)槲覀凅w型過(guò)大，所以只能認(rèn)識(shí)到三維的空間。

北野武：原來(lái)如此啊。

村山：我們發(fā)現(xiàn)微小的基本粒子真的存在于其他方向。回到剛才暗物質(zhì)的話題，雖然有的粒子在不同維度運(yùn)動(dòng)，但是由于那個(gè)維度太小我們看不到，因此奔跑中的粒子看上去是靜止不動(dòng)的。但是，因?yàn)榇嬖趧?dòng)能，所以那些粒子是具有質(zhì)量的。這或許就是暗物質(zhì)吧。

北野武：在宇宙的研究領(lǐng)域，目前科學(xué)家們相當(dāng)關(guān)心這種多重維度的情況吧？

村山：是的。我們已經(jīng)到了不得不考慮大腦無(wú)法想象的四維、五維……九維世界的時(shí)候了。于是我們需要借助數(shù)學(xué)家的力量。

北野武：暗物質(zhì)也與多重維度有關(guān)系嗎？

村山：可能存在某種聯(lián)系。目前也有這種學(xué)說(shuō)。

北野武：占據(jù)大部分宇宙的暗能量到底是什么東西啊？

村山：我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)宇宙誕生于“大爆炸”，那么其膨脹將持續(xù)到什么時(shí)候就成了問(wèn)題。關(guān)于這一點(diǎn)，以前普遍認(rèn)為有兩種可能。要么永無(wú)止境地膨脹下去，要么膨脹到極限后開(kāi)始縮小。無(wú)論哪種可能，前提都是膨脹速度為“減速”。然而，最近的觀測(cè)結(jié)果表明宇宙的膨脹正在加速。因?yàn)橛钪娴呐蛎浾诩铀伲员仨毚嬖谀承D壓宇宙的東西。雖然肯定有什么東西正在擠壓宇宙，但是我們并不清楚這種東西為何物。宇宙中存在很多物質(zhì)，只要是物質(zhì)，其總量就不會(huì)改變，因此只要宇宙膨脹其密度應(yīng)該就會(huì)變稀薄吧。

北野武：沒(méi)錯(cuò)。

村山：雖然我們也不清楚暗物質(zhì)的真面目，但既然是物質(zhì)，那么只要宇宙變大，其密度就應(yīng)該會(huì)變小。如果宇宙的大小變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，其體積(長(zhǎng)× 寬× 高)就會(huì)變成原來(lái)的8 倍。

北野武：那么物質(zhì)的密度應(yīng)該會(huì)變?yōu)樵瓉?lái)的1/8。

村山：不過(guò)，暗能量會(huì)隨著宇宙的大小加倍而變成原來(lái)的8 倍。因?yàn)榘的芰康牟粩嘤楷F(xiàn)，所以推動(dòng)著宇宙加速膨脹。某一學(xué)說(shuō)認(rèn)為，暗能量為“真空能量”。所謂真空，就是指連空氣都沒(méi)有的虛空狀態(tài)，但其實(shí)是存在某種能量的。如果1 立方厘米內(nèi)能量是固定不變的量，那么宇宙膨脹體積增加的同時(shí)，能量也會(huì)隨之增加。那么，為什么真空具有能量呢？我們尚不清楚其中的奧秘。

北野武：隨著暗能量不斷加速宇宙的膨脹，太陽(yáng)和地球也會(huì)不斷遠(yuǎn)離彼此吧？

村山：是的。雖然我們還不清楚它們將會(huì)隔離多遠(yuǎn)，但是我們?cè)缤韺⒖床坏竭h(yuǎn)方的星系。目前我們使用斯巴魯望遠(yuǎn)鏡或哈勃望遠(yuǎn)鏡可以欣賞美麗的星系。由于遠(yuǎn)方的星系不斷加速遠(yuǎn)離我們，總有24小時(shí)會(huì)從我們的視野里消失，所以我們將來(lái)只能看到近處的星星。因此，我們的研究工作只爭(zhēng)當(dāng)下，讓文部科學(xué)省快點(diǎn)批下預(yù)算。(笑)若是出現(xiàn)極端的情況，暗能量的產(chǎn)生速度過(guò)快導(dǎo)致加速不斷推進(jìn)，宇宙的膨脹速度會(huì)變成無(wú)窮大。那么，星系之中的星體也會(huì)撕裂成原子，最終原子也變得七零八落。這就是所謂的大撕裂(Big Rip)。宇宙的最終命運(yùn)也有可能是大撕裂。

北野武：剛才談到了多重維度的話題，最近也出現(xiàn)了多元宇宙的觀點(diǎn)吧。多維宇宙和多元宇宙不是一回事嗎？

村山：正如剛才所說(shuō)的那樣，認(rèn)為存在三維以上的異次元的想法叫作多維宇宙。另一個(gè)說(shuō)法為多元宇宙(平行宇宙)。雖然這兩個(gè)詞只是一字之差，但是多維宇宙是指宇宙空間內(nèi)存在迄今為止未被發(fā)現(xiàn)的多重維度，宇宙的數(shù)量仍為一個(gè)。然而，多元宇宙的觀點(diǎn)為可能有很多宇宙。我們所在的宇宙也只是其中之一。

北野武：除了我們所在的這個(gè)宇宙之外，還存在很多其他宇宙吧？

村山：之所以說(shuō)出那樣的話，是因?yàn)槲覀兾锢韺W(xué)家正在努力創(chuàng)造出能夠解釋從宏觀到微觀所有現(xiàn)象的統(tǒng)一理論，其中最有力的候選理論為“超弦理論”。大家正在努力調(diào)研該理論會(huì)對(duì)宇宙的性質(zhì)給出怎樣的答案。我們利用數(shù)學(xué)解開(kāi)方程式后得出了數(shù)量龐大的解。由于有很多個(gè)解，超弦理論無(wú)法描繪宇宙的樣子，因此我們也困惑不解。但是，如果所有解都是“正解”的話……那么其他宇宙或許存在于某個(gè)地方，這個(gè)宇宙對(duì)應(yīng)這個(gè)解，那個(gè)宇宙對(duì)應(yīng)那個(gè)解，宇宙的數(shù)量可能與解的數(shù)量相同。

北野武：那么，其他宇宙也有人類嗎？

村山：雖然有可能存在與我們不同的生物，但是通過(guò)觀察目前為止得到的各種解，基本可以判斷其他宇宙幾乎都不會(huì)誕生人類。暗能量使宇宙不斷膨脹，一旦解出現(xiàn)半點(diǎn)差錯(cuò)就會(huì)使暗能量變得過(guò)大，宇宙因而會(huì)在誕生后隨即發(fā)生撕裂。物質(zhì)來(lái)不及合成星體和星系就會(huì)發(fā)生撕裂，當(dāng)然也不會(huì)誕生人類。因此，諸多解都表明相應(yīng)的宇宙不存在人類。我們也是很清楚這一點(diǎn)的。

北野武：宇宙真是仍然存在很多未解之謎啊。科幻電影經(jīng)常會(huì)描述UFO 的燃料為反物質(zhì)。反物質(zhì)究竟是什么東西啊？

村山：所有粒子都有一個(gè)與其電荷正負(fù)相反，其他性質(zhì)全部相同的反粒子存在。由反粒子組成的物質(zhì)就是反物質(zhì)。一旦反物質(zhì)與物質(zhì)相遇，就會(huì)湮滅并釋放出很高的能量。方糖大小的反物質(zhì)能夠釋放出與廣島原子彈爆炸相當(dāng)?shù)哪芰俊Ｒ虼耍次镔|(zhì)也被我們?cè)O(shè)想成宇宙飛船的燃料了吧。但是，要想制造出擁有如此巨大能量的反物質(zhì)，我們必須投入等量的能量。不是輕而易舉就能制造出來(lái)的。

北野武：反物質(zhì)曾在美國(guó)電影《天使與魔鬼》中出現(xiàn)過(guò)，雖然電影中出現(xiàn)了“反物質(zhì)炸彈”，但是制造起來(lái)并非易事。一般認(rèn)為在宇宙誕生之初，物質(zhì)和反物質(zhì)是同時(shí)產(chǎn)生的吧？

村山：嗯，應(yīng)該產(chǎn)生了很多物質(zhì)與反物質(zhì)。但是，我們這個(gè)宇宙只存在物質(zhì)。這又是一個(gè)人令人匪夷所思的謎。

北野武：由反物質(zhì)組成的宇宙雖然在科幻世界中時(shí)有出現(xiàn)，但其實(shí)是虛構(gòu)的啊。

村山：也可能存在那種宇宙，不過(guò)在我們可視范圍內(nèi)的宇宙中基本上不存在反物質(zhì)。在宇宙誕生的時(shí)候，明明應(yīng)該既產(chǎn)生了物質(zhì)，又產(chǎn)生了反物質(zhì)，那現(xiàn)在為什么沒(méi)有反物質(zhì)呢？在宇宙誕生之初，可能產(chǎn)生了數(shù)量相同的物質(zhì)和反物質(zhì)。然而由于某種原因，反物質(zhì)的十億分之一變成了物質(zhì)。我們普遍認(rèn)為應(yīng)該發(fā)生了這樣的情況。

北野武：也就是說(shuō)，物質(zhì)變多了十億分之二。

村山：在物質(zhì)比反物質(zhì)多出十億分之二之后，剩余的物質(zhì)與反物質(zhì)因結(jié)合而全部湮滅。稍微多出的物質(zhì)就變成了星體和我們?nèi)祟悺?/p>

北野武：但是，這個(gè)世界全是由物質(zhì)組成的，我們知道為什么會(huì)存在反物質(zhì)嗎？

村山：最初我們捕捉到了從天而降的反物質(zhì)。雖然宇宙中基本上沒(méi)有反物質(zhì)，但是各種東西從宇宙降落到了地球上。例如，我們的星系有時(shí)會(huì)發(fā)生超新星爆炸(巨大質(zhì)量的恒星走向毀滅時(shí)發(fā)生的爆炸現(xiàn)象)，從中會(huì)噴發(fā)出各種各樣的物質(zhì)。它們徘徊于宇宙空間，早晚會(huì)落到地球的大氣層。從宇宙落下的宇宙射線在與大氣反應(yīng)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生少量的反物質(zhì)。現(xiàn)在我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了反物質(zhì)的制作，并應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)。您知道PET(Positron Emission Tomography，正電子發(fā)射斷層成像)吧？

北野武：啊，那是掃描人體內(nèi)部的一種技術(shù)吧。

村山：它的工作原理是向人體注射電子的反粒子正電子，通過(guò)檢查體內(nèi)哪里消失了正電子以及消失時(shí)產(chǎn)生的光，來(lái)判斷身體內(nèi)部的健康狀況。

北野武：聽(tīng)了您的講述之后，我已經(jīng)分不清這是學(xué)問(wèn)還是科幻了。(笑)小學(xué)生能聽(tīng)懂嗎？

村山：我也經(jīng)常給小學(xué)生講反物質(zhì)的話題，他們是聽(tīng)得懂的。我以前也在小學(xué)教過(guò)課，不過(guò)最近由于授課邀請(qǐng)?zhí)啵規(guī)缀鯌?yīng)接不暇了。

北野武：不過(guò)，向更多的人淺顯易懂地介紹宇宙，讓其對(duì)此產(chǎn)生興趣也是很重要的事吧？

村山：我認(rèn)為這很重要，而且有以下三個(gè)理由。及時(shí)，雖然該領(lǐng)域的研究生活真的十分艱辛，但因?yàn)槲覀兪褂弥鴩?guó)民的稅金從事研究工作，所以有知恩圖報(bào)的義務(wù)；第二，如果能夠讓更多的人理解該領(lǐng)域，那么預(yù)算也可能會(huì)多一些；(笑)第三，因?yàn)閺氖略擃I(lǐng)域的研究很有意思，所以我想說(shuō)“如此有趣”的話。這是最重要的理由。這與我們看了很好的電影會(huì)立刻感動(dòng)，然后想對(duì)大家說(shuō)“這部電影很棒，你一定要看啊”的感覺(jué)是一樣。

北野武：雖然獲得預(yù)算相當(dāng)不易，但是我也認(rèn)為您的研究充滿樂(lè)趣。目前，日本文部科學(xué)省對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的研究不怎么投入預(yù)算嗎？

村山：不，情況并非如此。最近美國(guó)反倒是對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的研究不提供預(yù)算了。但日本畢竟是個(gè)小國(guó)，研究人員的數(shù)量少之又少。因此，預(yù)算總額較少，很難制定宏大的研究計(jì)劃。雖然研究計(jì)劃比較小，但是游擊戰(zhàn)是靠作戰(zhàn)思路決定勝負(fù)的。不過(guò)，綜合戰(zhàn)斗力還是贏不了美國(guó)啊。

北野武：現(xiàn)今宇宙的研究正在日新月異地獲得新的發(fā)現(xiàn)吧？

村山：不，其實(shí)獲得某種新發(fā)現(xiàn)的瞬間并不多見(jiàn)。幾年中才會(huì)出現(xiàn)一次眼前一亮的感覺(jué)。其他時(shí)間都是勤勤懇懇地研究。我們想要做的事情中有99% 都會(huì)立馬意識(shí)到“啊，不對(duì)”。

北野武：馬上就能認(rèn)識(shí)到不行？

村山：嗯。剩余的1% 也會(huì)在大概一個(gè)月后宣告失敗。僅有微乎其微的一部分可以幸存，最終找到突破口。

北野武：在研究的過(guò)程中，也有經(jīng)過(guò)一年左右的時(shí)間才意識(shí)到不對(duì)勁的情況吧？

村山：那都是家常便飯。(笑)何止一年，耗費(fèi)幾十年的心血去研究發(fā)射人造衛(wèi)星也是極為平常的。然而，經(jīng)過(guò)幾十年的努力研制出裝置，到了使用火箭發(fā)射的關(guān)鍵時(shí)刻，卻發(fā)生了爆炸。面對(duì)這樣的意外，幾十年的人生就如此慘白地付之東流。我們的研究領(lǐng)域真的會(huì)發(fā)生這樣的事情。

北野武：不過(guò)，研究對(duì)象畢竟是幾億光年的世界。不容易也是理所當(dāng)然的吧。

村山：我認(rèn)為這項(xiàng)事業(yè)很了不起。充其量只能活幾十年的人類研究著138 億年的歷史，能夠走到今天真是很偉大。

北野武：人類的歷史為400 萬(wàn)年。人的一生至多也就100 年。我們傳承著知識(shí)的同時(shí)，終于來(lái)到了這里。

村山：因此，如果文明突然毀滅的話將非常悲慘。至今