上節課我們說到了宇宙，裡面有光和其他物質在運動。光由光子組成，這是愛因斯坦憑直覺想出的光的微粒。我們看到的物體都是由原子組成的。原子由一個原子核和圍繞它的電子組成，原子核由緊密聚集在一起的質子和中子構成。質子和中子則由更小的粒子構成，美國物理學家默裡·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）為它們取名「夸克」（quark）。他的靈感來自詹姆斯·喬伊斯的小說《芬尼根守靈夜》中一句沒有意義的話裡的一個沒有意義的詞：「給馬斯特·馬克來三夸克！」我們觸碰到的每樣東西都是由電子和這些夸克組成的。
夸克之所以能夠在質子和中子裡「黏」在一起，是因為一種物理學家們稱作「膠子」（gluons）的粒子，它是從英文的「膠水」（glue）變化而來的，科學家們取名時似乎並沒有發覺這個詞有點可笑。
我們身邊的所有物體都是由電子、夸克、光子和膠子組成的，它們就是粒子物理學中所講的「基本粒子」。除此之外還有幾種粒子，例如中微子（neutrino）——它佈滿了整個宇宙，但並不跟我們發生交互作用，還有希格斯玻色子（Higgs boson）——不久前日內瓦歐洲核子研究中心的大型強子對撞機發現的粒子。但這些粒子並不多，只有不到十種。這少量的基本原料，如同大型樂高玩具中的小積木，靠它們建造出了我們身邊的整個物質世界。
量子力學描述了這些粒子的性質和運動方式。這些粒子當然並不像小石子那般真實可感，而是相應的場的「量子」，比方說光子是電磁場的「量子」。就跟在法拉第和麥克斯韋的電磁場中一樣，它們是這些變化的基底場中的元激發，是極小的移動的波包。它們的消失和重現遵循量子力學的奇特定律：存在的每樣東西都是不穩定的，永遠都在從一種相互作用躍遷到另一種相互作用。
即使我們觀察的是空間中一塊沒有原子的區域，還是可以探測到粒子的微小湧動。徹底的虛空是不存在的，就像最平靜的海面，我們湊近看還是會發現細微的波動和振盪。構成世界的各種場也會輕微地波動起伏，我們可以想像，組成世界的基本粒子在這樣的波動中不斷地產生、消失。
這就是量子力學和粒子理論描述的世界。這同牛頓和拉普拉斯（Laplace）的世界相去甚遠：在那裡，冰冷的小石子在不變的幾何空間裡沿著精確而漫長的軌跡永恆不變地運動著。量子力學和粒子實驗告訴我們，世界是物體連續的、永不停歇的湧動，是稍縱即逝的實體不斷地出現和消失，是一系列的振盪，就像20世紀60年代時髦的嬉皮世界，一個由事件而非物體構成的世界。
粒子理論的細節在20世紀50—70年代逐漸得到完善。參與這項工作的有20世紀最偉大的物理學家，如理察·費曼（Richard Feynman）和蓋爾曼，還有一群舉足輕重的意大利人。這些細節的建構導出了一個複雜的理論，它建立在量子力學的基礎上，被稱為「基本粒子標準模型」，一個不太浪漫的名字。20世紀70年代，在其所有預測被一系列實驗證實之後，這個「標準模型」終於得以確立。1984年，我們意大利現在的參議員卡洛·魯比亞（Carlo Rubbia）還憑著這個模型的首批數據獲得了諾貝爾獎。2013年希格斯玻色子的發現，完成了「標準模型」確認工作的最後一環。
雖然有一系列成功的實驗，物理學家們卻從未真正認真看待「標準模型」。這個理論至少第一眼看上去零零碎碎，東拼西湊。它由不同的理論和方程集合而成，看不出有什麼清晰的秩序。它描述了某些場，通過由某些常數決定的某些力相互作用，表現出某些對稱性（可為何非得是這些場、這些常數、這些力和這些對稱性呢）。我們距離廣義相對論和量子力學的簡潔方程還很遙遠。
標準模型方程對世界進行預測的方式也複雜得離譜。直接使用這些方程會得出毫無意義的預測，因為計算出來的每個數都是無窮大。要想得到有意義的結果，必須假定參數本身就是無窮大，才能抵消荒謬的結果，讓它們變得合理。這道曲折迂迴的程序就是「重整化」（renormalization）；它在實際應用上是可行的，但那些追求簡潔性的人仍覺得有所欠缺。
愛因斯坦之後20世紀最偉大的科學家，量子科學最重要的建立者，標準模型第一個也是最主要的方程的作者——保羅·狄拉克（Paul Dirac），在他生命的最後幾年曾反覆表達他對這一狀況的不滿，他說：「我們還沒有解決這個問題。」
近幾年，標準模型還出現了一個明顯的缺陷。天文學家們發現，在每一個星系的周圍都存在著一團巨大的雲狀物。我們是通過它對星體的引力和它使光發生偏折的現象才間接發現它的。我們無法直接看到這團巨大的雲，也不知道它由什麼組成。科學家們提出了很多假設，卻沒有一個說得通。很明顯有東西在那兒，但它具體是什麼，我們卻無從知曉。今天我們把它稱為「暗物質」（dark matter），一種無法用標準模型描述的東西，不然我們也不會看不見它了。它不是原子，不是中微子，也不是光子……
親愛的讀者，天空和大地上存在著超出我們的哲學或物理學想像的東西，這也不是什麼新鮮事了。就在不久之前，我們還在懷疑無線電波和中微子的存在呢，儘管它們充滿了整個宇宙。
迄今為止，標準模型仍然是解釋物質世界最好的理論，它的預測全都得到了證實。除了暗物質和廣義相對論中被描述為時空曲率的引力之外，它很好地解釋了已知世界的方方面面。
曾有人提出其他理論，試圖替代標準模型，但都被實驗推翻了。例如，20世紀70年代有人提出了一個不錯的理論，稱為SU（5）理論，它用一個更簡潔優雅的結構取代了標準模型中無序的方程。這個理論預測質子會以一定的概率衰變，分解成電子和夸克。科學家們造了很多巨型儀器，來觀測質子的衰變。有些物理學家為尋找可觀測到的質子衰變奉獻了一生（由於衰變需要太長時間，所以不能一次只觀測一個質子，人們取來成噸的水，在周圍安裝靈敏的探測器觀測質子衰變的效應）。可是，唉，至今還沒有人觀測到質子的衰變呢。SU（5）這個漂亮的理論，雖然簡潔美妙，卻得不到上帝的青睞。
同樣的故事也許正在上演。有一種被稱為「超對稱」的理論預言存在一類新粒子。在整個物理生涯中，我不斷聽說有同事在滿懷信心地期待著這些粒子不日就被發現。但是隨著時間的流逝，一天天、一月月、一年年、數十載……這些超對稱粒子依然沒有現身。物理學史並非只有成功。
所以我們現在還只能依賴標準模型。它可能不太優美，但是用來解釋我們周圍的世界卻很好用。誰知道呢，仔細想想，或許並不是這個模型不優美，而是我們還沒有學會從正確的角度看待它，沒有發現隱藏其中的簡潔。如今，這就是我們對物質的認識：
屈指可數的幾種基本粒子，不斷地在存在和不存在之間振動、起伏，充斥在似乎一無所有的空間中。它們就像宇宙字母表裡的字母，以無窮無盡的組合，講述星系、繁星、陽光、山川、森林、田地，以及節日裡孩子臉上的笑容和星光璀璨的夜空的漫長歷史。