主题：Sean Carrol：粒子、场与物理学的未来 上 -- 万年看客

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很高兴能再次回到费米实验室。我曾在这里度过了许多个小时。这里是全世界研究物理与思考物理的最佳场所之一。今天早些时候我与费米实验室的工作人员聊天，他们告诉我，在这里举办的公共讲座很少以粒子科学为主题，演讲人通常惯于借用这里的平台讨论其他有趣的科学领域。而且我也知道台下有一半听众都是粒子物理学家，恐怕堪称我遇到过的最难应付的听众群体。不过我的优势在于我今天的讲座题材很过硬：粒子、场与物理学的未来。其实我还有秘密打算，就是夹带一点量子物理学的私货。这是我想向大家宣讲的东西。我很高兴费米实验室今晚专门给我划拨出六个钟头的时间（笑声）来略微讲一下量子场理论究竟是怎么回事。

去年7月，也就是2012年7月，我十分有幸地身在瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织。当时那里的气氛恰似摇滚音乐会现场。举办活动的通知发出去之后，许多人都来到活动现场门口彻夜宿营，就像在摇滚音乐会现场宿营的乐迷们一样，只不过人手一台麦金塔笔记本。第二天举行的也不是摇滚音乐会，而是两场PowerPoint演示会。怎样的PowerPoint演示才会促使人们彻夜宿营？却原来演示会宣布发现了我们现在称作希格斯粒子的新粒子。物理学家寻找这种粒子已经找了几十年，如今通过成千上万人的通力合作、几十亿美元的投入与几十年的工作，我们终于找到了希格斯粒子。

你现在应该想问两个问题。首先，这有什么大不了的？我们很难想到还有其他事件一方面能引起如此热烈的公众反响，另一方面又只有寥寥几百人真正理解究竟是怎么回事。公众看到物理学家们一个个激动异常，于是也跟着激动了起来，但是他们并不理解究竟是怎么回事。或许在今晚之前你们也不太清楚。其次：接下来该干嘛？既然你们已经取得了追求几十年的成果，可以庆祝三十分钟——在推特时代两分钟就够了——然后你们接下来有什么打算？

我们这个故事可以追溯到德谟克利特，他是一位生活在两千五百年前的古希腊物理学家，也是世上第一位理论粒子物理学家——当然他并不是实验粒子物理学家，古希腊那会儿也没有做实验的条件。德谟克利特、伊壁鸠鲁以及罗马时期的卢克莱修都是最早期的原子论者。这些人注意到构成世界的物质种类千差万别，有各种生物，有地水火风，有各种材质。原子论者认为这些物质并没有根本上的差异，只不过是由不同方式排列组合而成的同质原材料，这种原材料就是原子或者说基本粒子。基本粒子的不同排列方式造就了千变万化的物质形态。不幸地是，到了十九世纪，他们一直使用的“原子”一词被化学家们偷偷拿去指代化学元素了。但是原子论者口中的原子其实就等同于我们所谓的基本粒子，既不可分粒子。

画面上的肖像并不是德谟克利特的照片——他那会儿也没有照相的条件——甚至都不是本人肖像。但是德谟克利特有个绰号叫做“大笑的哲学家”。到了文艺复兴时期，画家可以通过卖画维生，而且古典主义题材大行其道，于是很多人订购了自己的肖像画之后都会将其称作德谟克利特，因为画面上的他们也是一副满面笑容的模样。画面上这幅肖像的正主其实是年轻时的伦勃朗。他画完这幅自画像之后也将其命名为《德谟克利特》，然后出售价格就翻了一番。

如今距离德谟克利特的时代已经过去了两千五百年，我们究竟进展如何？我们目前所理解的粒子物理直到二十世纪才真正发展起来。到了二十世纪三十年代，我们已经构建了一套关于物质与力的周全图景。我们理应体谅1935年的物理学家们认为物理学即将研究到头的错误观点。我们已经知道了原子的存在，卢瑟福与玻尔揭示了原子的运作机制。我们曾经认为原子的结构像一块布丁，新的理解则指出原子中心有一个极其致密的原子核，质量较轻且带有电荷的电子围绕原子核旋转。然后我们又了解到原子核本身由带正电的质子与不带电的中子构成，质子的数量决定了化学元素的种类。这样一来我们就有了三种粒子，质子、电子与中子。有三种力驱动着三种粒子。首先是电磁力。十九世纪我们统一了电与磁，之后又发现带负电的电子与带正电的质子之间的吸引力就是电磁力。其次是核力，1935年的时候还没人知道这种力的存在，但是他们知道某种力量将质子与中子束缚在了一起。第三种力就是引力，引力无处不在，吸引着一切物体向其他物体靠拢。

科学进步的一大特征在于，随着我们了解了越来越多的新知识，有时不得不抛弃旧知识，也有时要扩充旧知识。我们在1935年描绘的图景直到今天依然正确，未来也将永远正确下去。你我永远都要由原子构成，原子也永远要由电子、质子与中子构成。但是我们又向这副图景添加了新内容。到了二十世纪八十年代，这副图景就升级了。这时我们知道质子与中子都不是基本粒子，而是核子，两者都由名为夸克的更小粒子构成。两个上夸克加一个下夸克构成质子，两个下夸克加一个上夸克构成中子。这一来我们还需要一种新粒子，因为核力被一分为二了。粒子物理学家很擅长起名字，于是将一分为二的核力分别叫做强核力与弱核力力——我说“粒子物理学家很擅长起名字”其实是在反讽。强核力将核子内部的夸克束缚在一起，弱核力——或者说从核子内部渗透出来的强核力——则将质子与中子束缚在一起。但是这还没完。在太阳内部，两个氢原子会融合为一发生聚变，构成其中一个氢原子核的质子会成为中子，那么多出来的正电荷到哪里去了？会以反电子的形式喷射出去，同时还会产生一个名为中微子的粒子。这一过程并非由强核力驱动，而是由弱核力驱动，而弱核力需要中微子作为媒介。

但是在其他方面，这幅图景并没什么变化。之前是三种粒子三种力，现在是四种粒子四种力。从三十年代到八十年代这五十年来的努力换来了一种新粒子与一种新作用力。不幸的是，实际情况还要比这副图景更复杂一点点。如果你想预测物理学的未来，就该这么问：“什么发现最能让未来物理系学生的生活痛苦不堪。”进一步研究之后，我们不得不将这幅图景复制三次。现在不仅有上夸克、下夸克、反电子与中微子，而且在这个家族里面还划分世代。第二代粒子比这一代更重，第三代粒子又比第二代更重。我们首先发现的比电子更重的表亲是渺子，当初我们刚发现渺子的时候著名物理学家伊西多.艾萨克.拉比曾经脱口而出：“这玩意谁点的？”渺子对我们一点用都没有，只会自顾自地存在。此外还存在比渺子更重的陶子。至于上下夸克也有更重的表亲，名叫粲夸克与奇夸克，此外还有比这两者更重的顶夸克与底夸克。至今我们依然不知道为什么会同时存在三个世代的基本粒子，但是这副图景的基本结构依然保持了大致完整。

将所有这些知识整合起来，我们就有了一套模型，可以印在T恤上面，当然T恤上面的图案将会很复杂，完全是一套流程图。因此尽管粒子的种类就像动物园里的动物一样千奇百怪，但是细分起来却井井有条。要想确定你究竟是一个什么粒子，我们需要询问一系列问题。首先，假设将两个同类粒子相互叠加，它们是否会占据空间？假如两个粒子很容易叠加，那么这就是玻色子；假如两个粒子难以叠加还会占据空间，那么这就是费米子——这个名字就像费米实验室一样都来自恩利克.费米。费米子是组成物质的粒子，会占据空间。原子、电子、质子、中子全都属于费米子。确定了你属于费米子之后，下一个问题是你是否会与强核力互动？假如答案是肯定的，那么你就是夸克；假如是否定的，那你就是轻子。轻子包括了电子、中微子以及这两者的较重表亲。反过来说，假如两个粒子很容易叠加，那么就会产生力，而你则是作为力的媒介的玻色子。比方说负责传递弱核力的W玻色子与Z玻色子，负责传递引力的引力子，负责传递强核力的胶子，以及负责传递电磁力的光子。在这张流程图的右上角还有一种玻色子不会传递任何力，也就是希格斯粒子。

希格斯粒子是这套体系当中最后才被发现的粒子，也是特质最怪异的粒子。这种粒子一点道理都不讲。我们发现了物质粒子，也发现了作用力粒子，希格斯粒子却两边都不靠。那么我们一开始干嘛要发明希格斯粒子这个概念？早在二十世纪六十年代初期，早在基本粒子大发现之间，就有人设想了这种粒子的存在。这样做究竟是为什么？显然我们的理论需要发明这种粒子才能完善。你要想理解希格斯粒子的重要性，首先就要理解我们当初为什么要发明这东西。而这一点非常难以解释。之所以难以解释，全都要怪德谟克利特，因为正是他最早主张物质的基本构成单位是粒子。哪怕他接受过一丁点现代物理学教育都不会说出这么离谱的话来。你的老师与教授们肯定告诉过你，光或者物质或者电子的基本构成要么是粒子要么是波。但是我和你打十陪一的赌，他们肯定没告诉你最终答案是什么：是波。如果真想彻底理解物质世界，就必须略微放弃一点对于粒子的执念。

因此接下来我不想首先从费米或者德谟克利特入手。我用来检验物理理论解释现实世界能力的试金石是“疯狂小丑二人组”说唱组合（Insane Clown Posse）。这是个刚成立不久的组合，走得是创作型歌手路线，曲风沿袭了嘻哈音乐传统。两位歌手的艺名分别是Violent J与Shaggy 2 Dope。他们的大多数歌曲主题都是派对玩乐，但是几年前他们推出了一首颇有争议的歌曲，主题并不是派对玩乐。这首歌的题目叫做《奇迹》，主题是这个世界多么神奇而又神秘。不过这首歌的歌词着实惹恼了许多科学家，尤其是下面这段：“我看到我身边到处是奇迹/停下脚步看一看，多不可思议/水、火、空气与尘埃/CTM的磁铁，谁能弄明白？”科学家们听完这段歌词之后越想越气——自然，科学家的歌单里理应包括嘻哈说唱音乐（笑声）——因为我们真的已经将磁铁研究透了。身为科学家，我们确实还有很多不理解的东西，不过磁铁并非其中之一。

但是我还是要为两位歌手说句公道话：虽然我们完全理解了磁铁的原理，但是依然必须承认磁铁非常不可思议，尽管我们经常忘记这玩意究竟多么怪异。磁铁能做什么？能贴在你的电冰箱门上不掉下来。但是许多东西都能贴在电冰箱门上不掉下来，例如胶带，例如壁虎，这并不奇怪。奇怪之处在于，胶带首先要接触冰箱门才能贴在上面，胶带的某一部分必须与冰箱门互动。但是磁铁在实际接触到冰箱门之前就会受到吸引。磁铁怎么知道附近有一扇冰箱门需要它贴上去？磁铁的力量如何跨越空间？“来吧冰箱门，我准备好了！”（笑声）“磁铁谁能弄明白？”其实是个很值得严肃回答的问题。

为了回答Violent J与Shaggy 2 Dope的提问，首先我们要把艾萨克.牛顿请出来。牛顿最著名的贡献就是发明了万有引力——这话不对，万有引力一直都存在，但是牛顿发明了可靠的万有引力定律。当然这套定律并不完美，日后爱因斯坦还推出了加强版，但是牛顿定律已经足够将人类送上月球了。牛顿的理念很简单：引力无处不在并且遵循简单的数学关系。比方说这里是地球，NASA发射的卫星绕着地球旋转。牛顿主张一切物体都会产生引力，引力大小与物体的质量成正比，而且物体之间距离越大则引力越小，引力大小与距离的平方成反比，遵守平方反比率。这条定律既能用来描述苹果落地，也能用来描述月球绕地球旋转，还能用来描述银河系当中的恒星运行轨迹。

但是从十七世纪的视角来看，牛顿还有一个问题死活想不通：为什么？牛顿时代的牛顿引力定律就像我们今天的量子物理一样：理论完美契合观测到的数据，因此显然正确，但是无论如何都不符合我们的直觉。对于牛顿来说，引力最难以理解的方面在于超距作用。假设你想知道作用在你身上的引力究竟有多大，牛顿认为既然引力可以超距作用，那么宇宙当中一切物质都会对你产生引力。因此只有知道了宇宙当中一切物质的总质量以及这些物质与你的距离，然后才能依据平方反比率算出你受到的引力大小。人们都觉得很奇怪，凭什么必须首先得知宇宙当中的物质总量才能算出我在此时此地受到的引力大小？难不成仙女座星云也能影响到此时此地的我？牛顿对此百思不得其解，只能无奈地表示“我将引力的运作机制留给更聪明的后来人解决。”

这个谜题的解谜人是皮埃尔-西蒙.拉普拉斯——此人在这方面的贡献远远没得到应有的认可——时间是在十八世纪。拉普拉斯是著名数学家兼物理学家，他的最著名事迹是当面告诉拿破仑，自己不需要引入上帝这一概念来解释天体的位置。这句话其实不太符合拉普拉斯的一贯人设，因为他平时很喜欢拍马钻营。显然这一回他太因为自己的智力而自豪，以至于暂时忘记了玩弄心机。总之早在觐见拿破仑之前很久拉普拉斯就在考虑引力问题。当时他正在研究地球形状与行星运动。他并没有改动牛顿的平方反比率，而是主张你可以认为宇宙当中充满了场。什么是场？场就是填充全部空间的存在，在空间内的每一点都有一个值。比方说这个房间里的温度也是场，因为房间里的每一点都有温度。但是温度显然不是什么基本属性，而是空气的特质。拉普拉斯这里所说的引力场则是现实的基本构成要素之一。拉普拉斯提出了计算引力势的公式，凭借这一公式他可以复现牛顿引力定律的一切预测结果。根据拉普拉斯的理论，地球产生的引力场在空间各处都有不同的值，离地球越近就越高，越远就越低。拉普拉斯认为你在引力场里感受到的引力其实只是引力势的坡度，坡度大则引力强，坡度小则引力弱。

既然这套理论的预测结果与牛顿理论一模一样，那么为什么说这套理论在某些方面优于牛顿理论？因为利用这套理论来计算局部区域的引力时不需要考虑极远处的宇宙。如果要研究某一粒子周边球形区域内的引力，只要知道区域内某一点上的引力势就够了。一旦采用了场理论，物理定律就不必再进行超距作用，而只需在局域内起作用。你所需要的一切信息都在你的身边。这样一来引力的机制也得到了解释，不再是什么诡异的即时性超远距传递，而是地球加大了此时此地的引力场的引力势，并且渐次影响了空间里的其他各点。所有物体都只会将引力传递给最接近自己的其他物体而不是整个宇宙。

这个范式看起来极其有效。到了十九世纪，我们构建了这样一幅物理图景：物质由粒子构成——十九世纪的科学家已经普遍接受了原子的存在；力则由场构成，例如磁场与引力场。不过二十世纪的科学家们普遍倒向了绝对主义，认为粒子其实遭到了高估，一切都是由场构成的，没必要分开讨论粒子构成的物质与场构成的力，只要有场就够了。话说至此你应该会有点犯迷糊：我面前这座讲台看上去这么结实难不成也是由场构成的？难不成这座讲台只是一堆不断颤动的数字？莫非你我也不过是场而已？我们可是觉得自己结实的很。例如我们自身或者地球这样看得见摸得着的东西怎么也会是不断颤动充斥空间的场构成的？答案用四个字就可以概括：量子力学。将量子力学与场结合，就得到了量子场理论。对于物理学家们来说，量子场理论我我们掌握的最重要的知识。我们在读本科的时候就学到了量子场理论；讲解量子场理论的书籍汗牛充栋，从《数学家的量子场入门》到《量子场入门外行必读》——还有一本《量子场理论怎么可能》，这本书我没看过，但是量子场理论确实可能。但是关键在于，当我们这些物理学家面向非物理学家做科普时，极少谈到量子场。我们经常谈论粒子物理、相对论、量子力学，甚至还有弦理论、多元宇宙与人择原理，但是量子场理论就没人说。结果当我们发现希格斯玻色子的时候，谁都不理解这项发现的重要性。要想理解希格斯玻色子的意义，首先就要理解量子场理论。

鉴于大家的量子力学知识可能都有些生疏，我先领着大家复习一下。量子力学是什么？量子力学认为我们能够观察与测量的宇宙与实际宇宙相差很大。在经典物理学或者说牛顿物理学当中，粒子与场分别存在。粒子有位置有速度，场有强度，会随时间变化。只要你付出足够的努力就能将场内任意一点的强度值测量到任意精确的程度。量子力学则认为现实根本不是这么回事，现实当中有些事件你永远不可能直接观察，你的观察结果永远不可能符合现实。这一原则刚刚问世时就令人困惑不已，今天依然令人困惑不已。假设在量子力学的世界里有一个正在旋转的陀螺，那么你能够测量出来的陀螺旋转速度只能是一系列固定值。这其中最小的答案真的非常小，完全无法用实验验证——转速最慢的陀螺旋转一圈的时间相当于宇宙寿命的一亿倍。在研究基本粒子的时候，可观察旋转速度的离散性质是一项重要的特性。所以我们首次注意到量子力学就是在开始研究基本粒子的时候。基本粒子的某些可观测特性的“量化”正是量子力学一词的由来。

量子力学认为，将电子视为有位置有速率的粒子的看法是全然错误的。并不是说我们无法测量电子的位置与速率，而是说电子并不没有位置与速率，存在的只有波函数。有一种波填充了空间，而波函数则回答了以下问题：你在空间内某一点观测到电子的概率有多大。画面上是激发态电子波函数的数学模型，在波谷处肯定观测不到电子，在波峰处则有可能观测到电子。波函数确实存在，填充了物理公式，主宰了物理状态的时间演进。但是当你观测电子时却看不到波函数，只能看到某一位置上的电子。你应当为此感到困惑，我们也一直在试图给出更好的解释。但是现实确实就是这样运作的。

接下来我们将量子力学与场结合在一起，就得到了量子场理论。场意味着现实的基本构成元素不是粒子，而是充满空间的各种数值。量子力学则意味着当你观察场的时候未必会观察到某种平滑波动的存在。如果场的波动不太强，那么当你观察的时候场就会化作一小包一小包的能量，我们将这些能量包称作粒子，或者说粒子只是量子场里的细微振动。这一点我们其实很熟悉。灯泡放出的光线可以被视为电磁波，有频率也有波长。但是只要仔细观察，光波就会分解成无数粒子，我们称其为光子。假设你三更半夜出门宿营，你的朋友在前面举着灯。然后你与你朋友闹翻了，于是他举着灯向前赶路，把你抛在了黑暗里。你会看到灯光越来越暗，最后完全消失。这是因为我们的眼睛并不擅长检测单个光子。相比起来青蛙的眼睛则要灵敏得多。因此青蛙眼中不断远离的灯光不仅会越来越暗，而且暗到一定程度就会开始闪烁。随着灯光越来越远，闪烁的间隔也越来越长。青蛙看到的景象就是单个光子进入眼睛导致的。实际上是电磁波进入了青蛙的眼睛，但是青蛙的观察致使电磁波变成了能量包。我这里使用“观察”二字，可能会让人觉得这个过程涉及意识乃至智能，还以为我们可以通过观察来改变现实。其实观察者完全不必非得有自我意识不可，可以是一只青蛙，也可以是一台摄像机，或者说可以是任何一套在微观层面大量聚合起来并且能够与单一的振动场进行互动的复合振动场。正是这种互动使得单一振动场凝结成了定量的能量包，也就是我们所谓的粒子。

这一理论实际上能解释很多现象，比方说一个粒子为什么会变成另一个粒子。在人们刚刚发现辐射现象时这个问题确实令人挠头：为什么有些原子的原子核会向外发射粒子？为什么中子会衰变成为质子与电子——现在我们知道还会放出中微子？难道说电子一直都藏在中子里面吗？如果这个世界当真是由粒子构成的，那么确实很难解释粒子之间的转化。不过如果粒子的本质都是场，那么问题的答案一下子就显而易见了。以W玻色子为例，这个振动的场在我们的观察下是粒子，但是场本身并不稳定，因为它有质量。大家可能不理解为什么场也会有质量，因为我们一般将质量与粒子联系在一起，但是粒子的质量其实就是让场振动的能量。比方说一根线绳抖动起来不费力，大粗铁链子抖动起来很费力，铁链就好比重粒子，线绳就好比轻粒子。你眼前的空间充满了各种基本场，不仅只有电磁场与引力场。刚才提到的流程图里的每一种粒子都对应着一种场，例如W玻色子场、电子场、上夸克场、渺子场、中微子场……等等。所有这些场还会互动，而且一个场的振动可以影响到其他场的振动，将自身的振动传递出去。W玻色子的振动能够将能量传导给比较轻的电子场与反中微子场，于是我们就观察到W玻色子衰变成为了电子与反中微子。这样看来，粒子变成其他粒子或者两种粒子相互湮灭之类的现象就很好理解了。这些都是振动方式不同的粒子在相互传导能量而已。

我希望到此我已经讲清楚了量子场理论，家庭作业会在讲座结束后布置下去。那么我为什么要费事讲解量子场理论，哪怕别人都不讲？因为量子场理论有两大用处：首先能够用来解释希格斯玻色子的重大意义，其次可以用来指明物理学下一步的发展方向。当人们讨论希格斯玻色子时总会提到质量二字，说什么希格斯玻色子向粒子赋予了质量。我之前写过一本关于希格斯粒子的书——欢迎大家马上拿起手机下单订购（笑声）——其中我意识到实在难以解释为什么需要希格斯玻色子赋予粒子以质量。然后我转而思考最早提出希格斯玻色子理论的人们都在想些什么，这才意识到他们根本没考虑质量问题。他们设想出希格斯玻色子是为了解决力的问题。牛顿提出了平方反比率来描述引力——或者说描述引力场随着距离增加而衰减的方式。从几何学角度可以很直观地解释这一点：假如将引力视为从一点向空间均匀发散的射线，那么距离原点越远则线之间的距离越疏远，穿过单位面积的引力线数量也越稀少。光的传播也遵从平方反比率，之所以距离光源越远则亮度越暗，是因为穿过你的眼球的光线数量减少了。就连电磁力也遵从平方反比率。

但是原子核内部的强核力与弱核力却完全不遵从平方反比率。强核力与弱核力都无法像引力与电磁力那样长距离传播。在六十年代设想出希格斯玻色子的人们一开始怎么也想不通为什么核力的作用距离这么短。别忘了平方反比率可是数学规律，凭什么核力就可以规避数学规律？却原来自然界一贯总会选择最能让物理系本科生头疼的方式来构建自身：“为什么核力的作用距离这么短”这个问题对于强核力与弱核力来说答案居然完全不一样。对于强核力来说，答案在于禁闭。强核力的作用线不会无限延伸，而是会彼此交互纠结在一起。就好比在灯光外围加个罩子，把头伸进罩子里能看到一片光明，罩子外面则是一片黯淡。同理，如果急把头伸进质子内部，强核力就非常显著，在质子外部则完全察觉不到。围绕禁闭现象已经给出了好几个诺贝尔奖。

至于弱核力则没有受到禁闭，而是遭到了吸收。就好比那盏灯远离你的时候正是个大雾之夜，所以几步之外灯光就看不见了，灯发出的亮光被雾气吸收了。二十世纪六十年代以来的物理学家们提出的高明设想如下：或许存在这样一种我们从未考虑过的场吸收了弱核力，所以作用线延伸不远就被这种弥漫于空间当中的浓雾场湮没了。我们现在讨论的所谓希格斯场其实曾有七八位物理学家先后提出过，其中彼得.希格斯的姓氏听上去最入耳，于是就用他的姓氏来命名了。我们所知的自然界当中的一切其他场在真空空间里的默认值都是零，至多偶尔振动一两下。电磁场、胶子场、电子场等等都是如此。但是希格斯场即便在真空空间默认值也不为零。简而言之这些物理学家等于是在说：“真正难以理解的不是弱核力，而是真空。真空当中存在着一种场，而且这种场还能造成可测量的效应。比方说只要戳一下这个场就能凭空创造出一个粒子，也就是希格斯玻色子。”这就是过去四十多年里我们一直在寻找的粒子。

1967年，斯蒂芬.温伯格进一步指出——当时的人们还主要在思考希格斯场与强核力的关系——假如将希格斯场理论应用于弱核力，还能顺便解答粒子如何获得质量的问题。当时几乎没人关注这个小问题，但是当时的理论的确解释不了为什么电子与夸克之类的粒子居然会有质量。这是因为——因为什么我就不说了，这个坑太深，在这里一两句话说不清楚。简而言之，假设我们用一面镜子照出整个世界，然后比照现实世界与镜中世界，就会发现弱核力在现实世界与镜中世界的作用方式并不对称。根据这一点能够得出推论：每一个能通过弱相互作用力来互动的粒子都必然以光速运动并且质量为零。很久以前爱因斯坦就告诉我们，假如一个粒子没有质量，就必然以光速运动且永远不会减速。假如电子没有质量，那就太糟了，因为电子是原子的组成部分，附着在原子核周围。当两个原子发生化学反应时，都要依靠电子之间的互动。假如电子当真没有质量，就会脱离原子核的束缚，原子根本不会存在，分子更不会存在，至于化学乃至生命就别提了。一个电子没有质量的宇宙是一个非常无聊的地方，不会存在费米实验室与公开讲座。温伯格认为，假如让空间充满希格斯场，那么就可以构建一套模型，让电子受到希格斯场的影响，从而使其获得质量。在希格斯场里想要让电子移动会更加困难。这套模型做出的许多预测都得到了高度精确的证实。换言之，正是希格斯粒子使得生命成为了可能。所以发现希格斯粒子的意义才如此重大。