我們能夠構想出多種多樣可能存在的宇宙版本，然而即使我們依據已知物理定律去描述它們，仍然需要一系列基本常數以界定我們的宇宙行為和演化的確切途徑。正如我們所知，需要相當多的基本常數來構建現實的圖景，儘管不少人期待著更全面的理論有朝一日能減少這些常數的數量。

從根本上說，我們的宇宙由粒子、力、相互作用以及空間和時間的結構所組成。時空塑造了不斷演化的舞臺，在這個舞臺上，宇宙的戲碼輪番上演，而粒子則充當了參與者角色。它們可以結合為一體，發生碰撞、湮滅、排斥、吸引，或以其他方式根據自然規律的法則互動。這些資訊，再加上很久以前存在於我們宇宙中的初始狀態，幾乎為我們提供瞭解碼宇宙如今面貌所需的一切。

我們需要描述所有相互作用的強度以及所有粒子物理性質的基本常數。這些資訊是理解宇宙定量特性的關鍵，並回答諸如“多少”這樣的問題。我們需要26個基本常數來呈現我們所認知的宇宙，即便有了它們，也依然無法揭示一切。

宇宙中基本粒子的其他品質決定了它們在何種條件和時間下能被創造出來。粒子品質越大，在早期宇宙中自發產生的時間也就越短。粒子、場和時空的特性都是描繪我們居住的宇宙所不可或缺的。

思考一下任意一個粒子，以及它如何與另一個粒子發生互動。比如，一個電子可能與另一個電子產生相互作用。它帶有特定的基本電荷，以及一個基本的品質。電子間相互吸引的引力與重力G的強度成正比，而電磁排斥與自由空間的介電常數成反比。還有其他常數對這些粒子行為起著關鍵作用，例如光速c，以及與量子躍遷相關的基本常數：普朗克常數。

然而，物理學家不太喜歡在描述宇宙時使用這些常數，因為它們帶有任意的維度和單位。

對於像米、千克或秒這樣的單位來說，並沒有本質的重要性。事實上，我們不需要定義“品質”、“時間”或“距離”的基本單位，就可以理解關於宇宙的一切。我們完全可以用無量綱的常數來描述自然界的規律。

無量綱是一個簡單的概念：它指的是一個純數，不帶有米、千克、秒或任何其他“維度”。如果我們沿著這條路去描述宇宙，獲得基本定律和初始條件，我們自然會推匯出我們所能想像到的所有可測屬性。這包括粒子的品質、相互作用的強度、宇宙速度的極限，甚至時空的基本屬性。

已知的所有粒子的性質告訴我們它們將如何相互作用，而潛在的時空則描繪了這些相互作用發生的舞臺。

如果我們想要盡可能簡潔而全面地描述宇宙，我們需要26個無量綱常數才能實現。這是一個相對不大的數位，但並不如我們所願那般微小。在理想的世界里，至少從大多數物理學家的觀點來看，我們更願意認為這些常數源自某個有物理意義的地方，但目前的理論尚未做出預測。

費曼圖展示了電子-電子散射的所有可能歷史。正電子是時間上倒退的電子，這一觀點源自費曼和惠勒的合作，但散射相互作用的強度與能量有關，並由描述電磁相互作用的精細結構常數控制。

為我們提供宇宙知識的26個常數。

1)精細結構常數，或電磁相互作用的強度。就我們比較熟悉的一些物理常數而言，這是基本電荷（例如電子）平方與普朗克常數和光速之比。但是當你將這些常數放在一起時，你會得到一個無量綱的數位！就目前在我們宇宙中存在的能量而言，這個數位是≈1/137.036，儘管這種相互作用的強度隨著相互作用粒子的能量的增加而增加。

2)強耦合常數，它定義了將質子和中子結合在一起的力的強度。儘管強力作用的方式與電磁力或引力非常不同，但這種相互作用的強度仍然可以通過單個耦合常數來參數化。我們宇宙的這個常數，也像電磁常數一樣，隨著能量的變化而變化。

標準模型中的粒子和反粒子現在都已經被直接探測到了，最後一個攔阻的希格斯玻色子(Higgs Boson)在本世紀早些時候在大型強子對撞機上發現。所有這些粒子都可以在在強子對撞機的能量下產生，這些粒子的質量導致了基本常數，這些常數對於完整地描述它們是絕對必要的。

3-17)六個誇克，六個輕子和三個大玻色子的品質。這有點令人失望。在標準模型中，我們有15個粒子：6個誇克，6個輕子，W玻色子，Z玻色子和希格斯玻色子，所有這些粒子都有很大的靜止品質。雖然他們的反粒子都有相同的靜止品質，但我們希望會有某種關係，模式，或者更基本的理論，用更少的參數產生這些品質。

圖像中心的V形軌跡來自一個μ介子衰變到一個電子和兩個中微子。高能軌道上有一個扭結，這是中間空氣粒子衰變的證據。通過正電子和電子在特定的、可調的能量上的碰撞，可以隨意產生μ介子-反子對。高能正電子與靜止電子碰撞形成μ介子/反子對所需的能量，與產生Z玻色子所需的電子/正電子碰撞的能量幾乎相同。

可能還有一些奇怪的近乎完美的關係可以推導出來：在45GeV的正電子與45GeV的電子碰撞，你有適當的能量製造Z玻色子；在45GeV的正電子與靜止的電子碰撞，你有適當的能量來製造μ介子/反μ介子對。不幸的是，這種關係是近似的，不是精確的，產生Z玻色子的能量更接近46GeV，製造μ介子/反μ介子對的能量更接近44GeV。如果有一個真實的理論來描述我們的粒子品質，我們還沒有發現它。

因此，需要十五個常數來描述已知的品質。唯一的好消息是我們可以拯救自己另一個常數。通過將這些質量參數相對於引力常數G進行縮放，我們得到了15個無量綱參數，而不需要單獨描述引力的強度。

質子的三價誇克有助於它的自旋，膠子、海誇克和反誇克以及軌道角動量也是如此。靜電排斥和強大核力的吸引力共同決定了質子的大小，夸克混合的性质是解释宇宙中自由粒子和复合粒子的集合所必需的。

18-21)誇克混合參數。我們有六種不同類型的誇克，因為三種誇克有兩個子集，它們都有相同的量子數，所以它們可以混合在一起。如果你曾經聽說過弱核力、放射性衰變或CP破壞，這四個參數--所有這些參數都必須(而且已經)被測量過，都需要對它們進行描述。

22-25)中微子混合參數。類似於誇克扇區，有四個參數詳細描述了中微子是如何相互混合的，因為這三種中微子物種都具有相同的量子數。儘管物理學家最初希望中微子是無品質的，並且不需要額外的常數，但大自然卻有其他的計劃。太陽中微子問題--太陽發射的中微子只有三分之一到達地球--是20世紀最大的難題之一。

我們還沒有測量到中微子的絕對品質，但是我們可以從太陽中微子和大氣中微子的測量中分辨出品質之間的差別。大約0.01 eV的品質尺度似乎最適合這些數據，並且需要四個總參數來理解中微子特性。

只有當我們意識到中微子：

·有很小但不是零的品質，

·混合在一起。

·從一種類型振蕩到另一種類型。

誇克混合由三個角度和一個CP破壞復相來描述，中微子混合用同樣的方式描述。雖然已經確定了誇克的所有四個參數，但中微子的CP破壞相位仍未被測量。

宇宙的不同可能命運，在最右邊顯示宇宙實際的，加速的命運。在足夠長的時間過去後，加速度將使每一個被束縛的星系或超星系結構在宇宙中完全隔離，因為所有其他結構都會不可挽回地加速離開。我們只能回顧過去推斷暗能量的存在和性質，這需要至少一個常數，但它對未來的影響更多。

26)宇宙常數。你可能聽說過，由於暗能量的作用，宇宙的膨脹正在加速，這還需要另外一個參數--一個宇宙常數，來描述這種加速度的大小。暗能量可能會比常數更複雜，在這種情況下，它可能還需要更多的參數，因此，它的數目可能大於26。

如果你給一個物理學家物理定律，宇宙的初始條件，和這26個常數，他們可以成功地模擬整個宇宙的任何方面。非常值得注意的是，你得到的結果看起來和我們今天的宇宙幾乎沒有什麼區別，從最小的亞原子尺度一直到最大的宇宙尺度。

好吧，差不多了。

即使這樣，仍然有四個謎題可能需要額外的常量來解決。它們是：

1)物質-反物質不對稱之謎。如今可觀測的宇宙海洋中，物質佔據了壓倒性的優勢，與此同時，其鏡像雙胞胎——反物質卻難覓蹤影。科學家們絞盡腦汁，仍未找到造成這種不對稱性的理由，也對宇宙為何擁有如今這麼多的物質含量感到困惑。這一難題被稱作重子產出問題，是現代理論物理界的未解謎團，或許需要引入某個（或某些）新的基礎常數來揭示其謎底。

2)宇宙加速膨脹之謎。這段宇宙歷史發生在大爆炸之前，短暫而又神秘，現已有眾多理論預測並得到了觀測事實的支援。這一宇宙膨脹現象未見於上述概述，然而，隨著我們對其認識的加深，很可能需要新增一些常數來描述其詳細機制。

3)暗物質的存在之謎。它極有可能由一種（或多種）新型的大品質粒子構成，這無疑意味著我們需要增加新的常數。暗物質的本質複雜，其所需的新常數數量仍不確定，但毫無疑問，至少需要引入一個新常數，實際情況可能需要更多。

4)強CP破壞的疑團。我們在弱相互作用中觀察到了CP破壞的跡象，中微子研究也預示其存在，但在強相互作用中，儘管沒有理由說它不可能，我們仍未能找到強CP破壞的痕跡。若真存在，則應有更多的自由參數；若非如此，那麼描述其禁絕機制的額外常數似乎不可避免。

宇宙的膨脹時期，伴隨著固有的量子波動，塑造了宇宙微波背景中的物質密度起伏。這些波動如同宇宙的指紋，促成了今天我們所見的星辰、星系以及其他大規模結構的誕生。這是我們所能描繪的最詳盡宇宙圖景，它所涉及的常數數量，遠超那些經過精確測量的宇宙模型所需的26個常數。

我們的宇宙充滿複雜與神奇，然而，對於那個統一理論的終極夢想——萬有理論而言，它原本應減少我們需要的基本常數的數目。可諷刺的是，現實中，我們對宇宙瞭解越深入，新發現的參數就越多，需要更多常數去全面描述這個宇宙。如今，重要的是我們認清自身的處境，以及描述已知世界所需的那些常數。

但我們仍未掌握宇宙的全貌，所以持續探尋更全面的理論範式同樣至關重要。一旦我們取得成功，它將為我們鋪開宇宙的全部奧秘，連同當前所有問題的答案。