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11    MUSTER MARK’S QUARKS

书籍名:《万物简史英文版》    作者:比尔·布莱森
    《万物简史英文版》章节: 11    MUSTER MARK’S QUARKS,宠文网网友提供全文无弹窗免费在线阅读。!


The    device    worked    very    well,    but    had    an  additional,  unexpected  benefit.  When  heaccelerated  an  alpha  particle  through  the  chamber  to  seed  his  make-believe  clouds,  it  left  avisible  trail—like  the  contrails  of  a  passing  airliner.  He  had  just  invented  the  particle  detector.

It  provided  convincing  evidence  that  subatomic  particles  did  indeed  exist.

Eventually  two  other  Cavendish  scientists  invented  a  more  powerful  proton-beam  device,while  in  California  Ernest  Lawrence  at  Berkeley  produced  his  famous  and  impressivecyclotron,  or  atom  smasher,  as  such  devices  were  long  excitingly  known.  All  of  thesecontraptions  worked—and  indeed  still  work—on  more  or  less  the  same  principle,  the  ideabeing  to  accelerate  a  proton  or  other  charged  particle  to  an  extremely  high  speed  along  a  track(sometimes  circular,  sometimes  linear),  then  bang  it  into  another  particle  and  see  what  fliesoff.  That’s  why  they  were  called  atom  smashers.  It  wasn’t  science  at  its  subtlest,  but  it  wasgenerally  effective.

As  physicists  built  bigger  and  more  ambitious  machines,  they  began  to  find  or  postulateparticles  or  particle  families  seemingly  without  number:  muons,  pions,  hyperons,  mesons,  K-mesons,  Higgs  bosons,  intermediate  vector  bosons,  baryons,  tachyons.  Even  physicists  beganto  grow  a  little  uncomfortable.  “Young  man,”  Enrico  Fermi  replied  when  a  student  asked  himthe  name  of  a  particular  particle,  “if  I  could  remember  the  names  of  these  particles,  I  wouldhave  been  a  botanist.”

Today  accelerators  have  names  that  sound  like  something  Flash  Gordon  would  use  inbattle:  the  Super  Proton  Synchrotron,  the  Large  Electron-Positron  Collider,  the  Large  HadronCollider,  the  Relativistic  Heavy  Ion  Collider.  Using  huge  amounts  of  energy  (some  operateonly  at  night  so  that  people  in  neighboring  towns  don’t  have  to  witness  their  lights  fadingwhen  the  apparatus  is  fired  up),  they  can  whip  particles  into  such  a  state  of  liveliness  that  asingle  electron  can  do  forty-seven  thousand  laps  around  a  four-mile  tunnel  in  a  second.  Fearshave  been  raised  that  in  their  enthusiasm  scientists  might  inadvertently  create  a  black  hole  oreven  something  called  “strange  quarks,”  which  could,  theoretically,  interact  with  othersubatomic  particles  and  propagate  uncontrollably.  If  you  are  reading  this,  that  hasn’thappened.

Finding  particles  takes  a  certain  amount  of  concentration.  They  are  not  just  tiny  and  swiftbut  also  often  tantalizingly  evanescent.  Particles  can  come  into  being  and  be  gone  again  in  aslittle  as  0.000000000000000000000001  second  (10-24).  Even  the  most  sluggish  of  unstableparticles  hang  around  for  no  more  than  0.0000001  second  (10-7).

Some  particles  are  almost  ludicrously  slippery.  Every  second  the  Earth  is  visited  by  10,000trillion  trillion  tiny,  all  but  massless  neutrinos  (mostly  shot  out  by  the  nuclear  broilings  of  theSun),  and  virtually  all  of  them  pass  right  through  the  planet  and  everything  that  is  on  it,including  you  and  me,  as  if  it  weren’t  there.  To  trap  just  a  few  of  them,  scientists  need  tanksholding  up  to  12.5  million  gallons  of  heavy  water  (that  is,  water  with  a  relative  abundance  ofdeuterium  in  it)  in  underground  chambers  (old  mines  usually)  where  they  can’t  be  interferedwith  by  other  types  of  radiation.

Very  occasionally,  a  passing  neutrino  will  bang  into  one  of  the  atomic  nuclei  in  the  waterand  produce  a  little  puff  of  energy.  Scientists  count  the  puffs  and  by  such  means  take  us  veryslightly  closer  to  understanding  the  fundamental  properties  of  the  universe.  In  1998,  Japaneseobservers  reported  that  neutrinos  do  have  mass,  but  not  a  great  deal—about  one  ten-millionththat  of  an  electron.

What  it  really  takes  to  find  particles  these  days  is  money  and  lots  of  it.  There  is  a  curiousinverse  relationship  in  modern  physics  between  the  tininess  of  the  thing  being  sought  and  thescale  of  facilities  required  to  do  the  searching.  CERN,  the  European  Organization  for  NuclearResearch,  is  like  a  little  city.  Straddling  the  border  of  France  and  Switzerland,  it  employsthree  thousand  people  and  occupies  a  site  that  is  measured  in  square  miles.  CERN  boasts  astring  of  magnets  that  weigh  more  than  the  Eiffel  Tower  and  an  underground  tunnel  oversixteen  miles  around.

Breaking  up  atoms,  as  James  Trefil  has  noted,  is  easy;  you  do  it  each  time  you  switch  on  afluorescent  light.  Breaking  up  atomic  nuclei,  however,  requires  quite  a  lot  of  money  and  agenerous  supply  of  electricity.  Getting  down  to  the  level  of  quarks—the  particles  that  make  upparticles—requires  still  more:  trillions  of  volts  of  electricity  and  the  budget  of  a  small  CentralAmerican  nation.  CERN’s  new  Large  Hadron  Collider,  scheduled  to  begin  operations  in  2005,will  achieve  fourteen  trillion  volts  of  energy  and  cost  something  over  $1.5  billion  toconstruct.

1But  these  numbers  are  as  nothing  compared  with  what  could  have  been  achieved  by,  andspent  upon,  the  vast  and  now  unfortunately  never-to-be  Superconducting  Supercollider,  whichbegan  being  constructed  near  Waxahachie,  Texas,  in  the  1980s,  before  experiencing  asupercollision  of  its  own  with  the  United  States  Congress.  The  intention  of  the  collider  was  tolet  scientists  probe  “the  ultimate  nature  of  matter,”  as  it  is  always  put,  by  re-creating  as  nearlyas  possible  the  conditions  in  the  universe  during  its  first  ten  thousand  billionths  of  a  second.

The  plan  was  to  fling  particles  through  a  tunnel  fifty-two  miles  long,  achieving  a  trulystaggering  ninety-nine  trillion  volts  of  energy.  It  was  a  grand  scheme,  but  would  also  havecost  $8  billion  to  build  (a  figure  that  eventually  rose  to  $10  billion)  and  hundreds  of  millionsof  dollars  a  year  to  run.

In  perhaps  the  finest  example  in  history  of  pouring  money  into  a  hole  in  the  ground,Congress  spent  $2  billion  on  the  project,  then  canceled  it  in  1993  after  fourteen  miles  oftunnel  had  been  dug.  So  Texas  now  boasts  the  most  expensive  hole  in  the  universe.  The  siteis,  I  am  told  by  my  friend  Jeff  Guinn  of  the  Fort  Worth  Star-Telegram,  “essentially  a  vast,cleared  field  dotted  along  the  circumference  by  a  series  of  disappointed  small  towns.”

1There  are  practical  side  effects  to  all  this  costly  effort.  The  World  Wide  Web  is  a  CERN  offshoot.  It  wasinvented  by  a  CERN  scientist,  Tim  Berners-Lee,  in  1989.

Since  the  supercollider  debacle  particle  physicists  have  set  their  sights  a  little  lower,  buteven  comparatively  modest  projects  can  be  quite  breathtakingly  costly  when  compared  with,well,  almost  anything.  A  proposed  neutrino  observatory  at  the  old  Homestake  Mine  in  Lead,South  Dakota,  would  cost  $500  million  to  build—this  in  a  mine  that  is  already  dug—beforeyou  even  look  at  the  annual  running  costs.  There  would  also  be  $281  million  of  “generalconversion  costs.”  A  particle  accelerator  at  Fermilab  in  Illinois,  meanwhile,  cost  $260  millionmerely  to  refit.

Particle  physics,  in  short,  is  a  hugely  expensive  enterprise—but  it  is  a  productive  one.

Today  the  particle  count  is  well  over  150,  with  a  further  100  or  so  suspected,  butunfortunately,  in  the  words  of  Richard  Feynman,  “it  is  very  difficult  to  understand  therelationships  of  all  these  particles,  and  what  nature  wants  them  for,  or  what  the  connectionsare  from  one  to  another.”  Inevitably  each  time  we  manage  to  unlock  a  box,  we  find  that  thereis  another  locked  box  inside.  Some  people  think  there  are  particles  called  tachyons,  which  cantravel  faster  than  the  speed  of  light.  Others  long  to  find  gravitons—the  seat  of  gravity.  Atwhat  point  we  reach  the  irreducible  bottom  is  not  easy  to  say.  Carl  Sagan  in  Cosmos  raised  thepossibility  that  if  you  traveled  downward  into  an  electron,  you  might  find  that  it  contained  auniverse  of  its  own,  recalling  all  those  science  fiction  stories  of  the  fifties.  “Within  it,organized  into  the  local  equivalent  of  galaxies  and  smaller  structures,  are  an  immense  numberof  other,  much  tinier  elementary  particles,  which  are  themselves  universes  at  the  next  leveland  so  on  forever—an  infinite  downward  regression,  universes  within  universes,  endlessly.

And  upward  as  well.”

For  most  of  us  it  is  a  world  that  surpasses  understanding.  To  read  even  an  elementary  guideto  particle  physics  nowadays  you  must  now  find  your  way  through  lexical  thickets  such  asthis:  “The  charged  pion  and  antipion  decay  respectively  into  a  muon  plus  antineutrino  and  anantimuon  plus  neutrino  with  an  average  lifetime  of  2.603  x  10-8seconds,  the  neutral  piondecays  into  two  photons  with  an  average  lifetime  of  about  0.8  x  10-16seconds,  and  the  muonand  antimuon  decay  respectively  into  .  .  .”  And  so  it  runs  on—and  this  from  a  book  for  thegeneral  reader  by  one  of  the  (normally)  most  lucid  of  interpreters,  Steven  Weinberg.

In  the  1960s,  in  an  attempt  to  bring  just  a  little  simplicity  to  matters,  the  Caltech  physicistMurray  Gell-Mann  invented  a  new  class  of  particles,  essentially,  in  the  words  of  StevenWeinberg,  “to  restore  some  economy  to  the  multitude  of  hadrons”—a  collective  term  used  byphysicists  for  protons,  neutrons,  and  other  particles  governed  by  the  strong  nuclear  force.

Gell-Mann’s  theory  was  that  all  hadrons  were  made  up  of  still  smaller,  even  morefundamental  particles.  His  colleague  Richard  Feynman  wanted  to  call  these  new  basicparticles  partons,  as  in  Dolly,  but  was  overruled.  Instead  they  became  known  as  quarks.

Gell-Mann  took  the  name  from  a  line  in  Finnegans  Wake:  “Three  quarks  for  MusterMark!”  (Discriminating  physicists  rhyme  the  word  with  storks,  not  larks,  even  though  thelatter  is  almost  certainly  the  pronunciation  Joyce  had  in  mind.)  The  fundamental  simplicity  ofquarks  was  not  long  lived.  As  they  became  better  understood  it  was  necessary  to  introducesubdivisions.  Although  quarks  are  much  too  small  to  have  color  or  taste  or  any  other  physicalcharacteristics  we  would  recognize,  they  became  clumped  into  six  categories—up,  down,strange,  charm,  top,  and  bottom—which  physicists  oddly  refer  to  as  their  “flavors,”  and  theseare  further  divided  into  the  colors  red,  green,  and  blue.  (One  suspects  that  it  was  not  altogethercoincidental  that  these  terms  were  first  applied  in  California  during  the  age  of  psychedelia.) Eventually  out  of  all  this  emerged  what  is  called  the  Standard  Model,  which  is  essentially  asort  of  parts  kit  for  the  subatomic  world.  The  Standard  Model  consists  of  six  quarks,  sixleptons,  five  known  bosons  and  a  postulated  sixth,  the  Higgs  boson  (named  for  a  Scottishscientist,  Peter  Higgs),  plus  three  of  the  four  physical  forces:  the  strong  and  weak  nuclearforces  and  electromagnetism.

The  arrangement  essentially  is  that  among  the  basic  building  blocks  of  matter  are  quarks;these  are  held  together  by  particles  called  gluons;  and  together  quarks  and  gluons  formprotons  and  neutrons,  the  stuff  of  the  atom’s  nucleus.  Leptons  are  the  source  of  electrons  andneutrinos.  Quarks  and  leptons  together  are  called  fermions.  Bosons  (named  for  the  Indianphysicist  S.  N.  Bose)  are  particles  that  produce  and  carry  forces,  and  include  photons  andgluons.  The  Higgs  boson  may  or  may  not  actually  exist;  it  was  invented  simply  as  a  way  ofendowing  particles  with  mass.

It  is  all,  as  you  can  see,  just  a  little  unwieldy,  but  it  is  the  simplest  model  that  can  explainall  that  happens  in  the  world  of  particles.  Most  particle  physicists  feel,  as  Leon  Ledermanremarked  in  a  1985  PBS  documentary,  that  the  Standard  Model  lacks  elegance  and  simplicity.

“It  is  too  complicated.  It  has  too  many  arbitrary  parameters,”  Lederman  said.  “We  don’t  reallysee  the  creator  twiddling  twenty  knobs  to  set  twenty  parameters  to  create  the  universe  as  weknow  it.”  Physics  is  really  nothing  more  than  a  search  for  ultimate  simplicity,  but  so  far  all  wehave  is  a  kind  of  elegant  messiness—or  as  Lederman  put  it:  “There  is  a  deep  feeling  that  thepicture  is  not  beautiful.”

The  Standard  Model  is  not  only  ungainly  but  incomplete.  For  one  thing,  it  has  nothing  at  allto  say  about  gravity.  Search  through  the  Standard  Model  as  you  will,  and  you  won’t  findanything  to  explain  why  when  you  place  a  hat  on  a  table  it  doesn’t  float  up  to  the  ceiling.  Nor,as  we’ve  just  noted,  can  it  explain  mass.  In  order  to  give  particles  any  mass  at  all  we  have  tointroduce  the  notional  Higgs  boson;  whether  it  actually  exists  is  a  matter  for  twenty-first-century  physics.  As  Feynman  cheerfully  observed:  “So  we  are  stuck  with  a  theory,  and  we  donot  know  whether  it  is  right  or  wrong,  but  we  do  know  that  it  is  a  little  wrong,  or  at  leastincomplete.”

In  an  attempt  to  draw  everything  together,  physicists  have  come  up  with  something  calledsuperstring  theory.  This  postulates  that  all  those  little  things  like  quarks  and  leptons  that  wehad  previously  thought  of  as  particles  are  actually  “strings”—vibrating  strands  of  energy  thatoscillate  in  eleven  dimensions,  consisting  of  the  three  we  know  already  plus  time  and  sevenother  dimensions  that  are,  well,  unknowable  to  us.  The  strings  are  very  tiny—tiny  enough  topass  for  point  particles.

By  introducing  extra  dimensions,  superstring  theory  enables  physicists  to  pull  togetherquantum  laws  and  gravitational  ones  into  one  comparatively  tidy  package,  but  it  also  meansthat  anything  scientists  say  about  the  theory  begins  to  sound  worryingly  like  the  sort  ofthoughts  that  would  make  you  edge  away  if  conveyed  to  you  by  a  stranger  on  a  park  bench.

Here,  for  example,  is  the  physicist  Michio  Kaku  explaining  the  structure  of  the  universe  froma  superstring  perspective:  “The  heterotic  string  consists  of  a  closed  string  that  has  two  types  ofvibrations,  clockwise  and  counterclockwise,  which  are  treated  differently.  The  clockwisevibrations  live  in  a  ten-dimensional  space.  The  counterclockwise  live  in  a  twenty-six-dimensional  space,  of  which  sixteen  dimensions  have  been  compactified.  (We  recall  that  inKaluza’s  original  five-dimensional,  the  fifth  dimension  was  compactified  by  being  wrappedup  into  a  circle.)”  And  so  it  goes,  for  some  350  pages.

String  theory  has  further  spawned  something  called  “M  theory,”  which  incorporatessurfaces  known  as  membranes—or  simply  “branes”  to  the  hipper  souls  of  the  world  ofphysics.  I’m  afraid  this  is  the  stop  on  the  knowledge  highway  where  most  of  us  must  get  off.

Here  is  a  sentence  from  the  New  York  Times,  explaining  this  as  simply  as  possible  to  a  generalaudience:  “The  ekpyrotic  process  begins  far  in  the  indefinite  past  with  a  pair  of  flat  emptybranes  sitting  parallel  to  each  other  in  a  warped  five-dimensional  space.  .  .  .  The  two  branes,which  form  the  walls  of  the  fifth  dimension,  could  have  popped  out  of  nothingness  as  aquantum  fluctuation  in  the  even  more  distant  past  and  then  drifted  apart.”  No  arguing  withthat.  No  understanding  it  either.  Ekpyrotic,  incidentally,  comes  from  the  Greek  word  for“conflagration.”

Matters  in  physics  have  now  reached  such  a  pitch  that,  as  Paul  Davies  noted  in  Nature,  it  is“almost  impossible  for  the  non-scientist  to  discriminate  between  the  legitimately  weird  andthe  outright  crackpot.”  The  question  came  interestingly  to  a  head  in  the  fall  of  2002  when  twoFrench  physicists,  twin  brothers  Igor  and  Grickha  Bogdanov,  produced  a  theory  of  ambitiousdensity  involving  such  concepts  as  “imaginary  time”  and  the  “Kubo-Schwinger-Martincondition,”  and  purporting  to  describe  the  nothingness  that  was  the  universe  before  the  BigBang—a  period  that  was  always  assumed  to  be  unknowable  (since  it  predated  the  birth  ofphysics  and  its  properties).

Almost  at  once  the  Bogdanov  paper  excited  debate  among  physicists  as  to  whether  it  wastwaddle,  a  work  of  genius,  or  a  hoax.  “Scientifically,  it’s  clearly  more  or  less  completenonsense,”  Columbia  University  physicist  Peter  Woit  told  the  New  York  Times,  “but  thesedays  that  doesn’t  much  distinguish  it  from  a  lot  of  the  rest  of  the  literature.”

Karl  Popper,  whom  Steven  Weinberg  has  called  “the  dean  of  modern  philosophers  ofscience,”  once  suggested  that  there  may  not  be  an  ultimate  theory  for  physics—that,  rather,every  explanation  may  require  a  further  explanation,  producing  “an  infinite  chain  of  more  andmore  fundamental  principles.”  A  rival  possibility  is  that  such  knowledge  may  simply  bebeyond  us.  “So  far,  fortunately,”  writes  Weinberg  in  Dreams  of  a  Final  Theory,  “we  do  notseem  to  be  coming  to  the  end  of  our  intellectual  resources.”

Almost  certainly  this  is  an  area  that  will  see  further  developments  of  thought,  and  almostcertainly  these  thoughts  will  again  be  beyond  most  of  us.

While  physicists  in  the  middle  decades  of  the  twentieth-century  were  looking  perplexedlyinto  the  world  of  the  very  small,  astronomers  were  finding  no  less  arresting  an  incompletenessof  understanding  in  the  universe  at  large.

When  we  last  met  Edwin  Hubble,  he  had  determined  that  nearly  all  the  galaxies  in  our  fieldof  view  are  flying  away  from  us,  and  that  the  speed  and  distance  of  this  retreat  are  neatlyproportional:  the  farther  away  the  galaxy,  the  faster  it  is  moving.  Hubble  realized  that  thiscould  be  expressed  with  a  simple  equation,  Ho  =  v/d  (where  Ho  is  the  constant,  v  is  therecessional  velocity  of  a  flying  galaxy,  andd  its  distance  away  from  us).  Ho  has  been  knownever  since  as  the  Hubble  constant  and  the  whole  as  Hubble’s  Law.  Using  his  formula,  Hubblecalculated  that  the  universe  was  about  two  billion  years  old,  which  was  a  little  awkwardbecause  even  by  the  late  1920s  it  was  fairly  obvious  that  many  things  within  the  universe—not  least  Earth  itself—were  probably  older  than  that.  Refining  this  figure  has  been  an  ongoingpreoccupation  of  cosmology.

Almost  the  only  thing  constant  about  the  Hubble  constant  has  been  the  amount  ofdisagreement  over  what  value  to  give  it.  In  1956,  astronomers  discovered  that  Cepheidvariables  were  more  variable  than  they  had  thought;  they  came  in  two  varieties,  not  one.  Thisallowed  them  to  rework  their  calculations  and  come  up  with  a  new  age  for  the  universe  offrom  7  to  20  billion  years—not  terribly  precise,  but  at  least  old  enough,  at  last,  to  embrace  theformation  of  the  Earth.

In  the  years  that  followed  there  erupted  a  long-running  dispute  between  Allan  Sandage,  heirto  Hubble  at  Mount  Wilson,  and  Gérard  de  Vaucouleurs,  a  French-born  astronomer  based  atthe  University  of  Texas.  Sandage,  after  years  of  careful  calculations,  arrived  at  a  value  for  theHubble  constant  of  50,  giving  the  universe  an  age  of  20  billion  years.  De  Vaucouleurs  wasequally  certain  that  the  Hubble  constant  was  100.

2This  would  mean  that  the  universe  wasonly  half  the  size  and  age  that  Sandage  believed—ten  billion  years.  Matters  took  a  furtherlurch  into  uncertainty  when  in  1994  a  team  from  the  Carnegie  Observatories  in  California,using  measures  from  the  Hubble  space  telescope,  suggested  that  the  universe  could  be  as  littleas  eight  billion  years  old—an  age  even  they  conceded  was  younger  than  some  of  the  starswithin  the  universe.  In  February  2003,  a  team  from  NASA  and  the  Goddard  Space  FlightCenter  in  Maryland,  using  a  new,  far-reaching  type  of  satellite  called  the  WilkinsonMicrowave  Anistropy  Probe,  announced  with  some  confidence  that  the  age  of  the  universe  is13.7  billion  years,  give  or  take  a  hundred  million  years  or  so.  There  matters  rest,  at  least  forthe  moment.

The  difficulty  in  making  final  determinations  is  that  there  are  often  acres  of  room  forinterpretation.  Imagine  standing  in  a  field  at  night  and  trying  to  decide  how  far  away  twodistant  electric  lights  are.  Using  fairly  straightforward  tools  of  astronomy  you  can  easilyenough  determine  that  the  bulbs  are  of  equal  brightness  and  that  one  is,  say,  50  percent  moredistant  than  the  other.  But  what  you  can’t  be  certain  of  is  whether  the  nearer  light  is,  let  ussay,  a  58-watt  bulb  that  is  122  feet  away  or  a  61-watt  light  that  is  119  feet,  8  inches  away.  Ontop  of  that  you  must  make  allowances  for  distortions  caused  by  variations  in  the  Earth’satmosphere,  by  intergalactic  dust,  contaminating  light  from  foreground  stars,  and  many  otherfactors.  The  upshot  is  that  your  computations  are  necessarily  based  on  a  series  of  nestedassumptions,  any  of  which  could  be  a  source  of  contention.  There  is  also  the  problem  thataccess  to  telescopes  is  always  at  a  premium  and  historically  measuring  red  shifts  has  beennotably  costly  in  telescope  time.  It  could  take  all  night  to  get  a  single  exposure.  Inconsequence,  astronomers  have  sometimes  been  compelled  (or  willing)  to  base  conclusionson  notably  scanty  evidence.  In  cosmology,  as  the  journalist  Geoffrey  Carr  has  suggested,  wehave  “a  mountain  of  theory  built  on  a  molehill  of  evidence.”  Or  as  Martin  Rees  has  put  it:

“Our  present  satisfaction  [with  our  state  of  understanding]  may  reflect  the  paucity  of  the  datarather  than  the  excellence  of  the  theory.”

This  uncertainty  applies,  incidentally,  to  relatively  nearby  things  as  much  as  to  the  distantedges  of  the  universe.  As  Donald  Goldsmith  notes,  when  astronomers  say  that  the  galaxy  M87is  60  million  light-years  away,  what  they  really  mean  (“but  do  not  often  stress  to  the  generalpublic”)  is  that  it  is  somewhere  between  40  million  and  90  million  light-years  away—not2You  are  of  course  entitled  to  wonder  what  is  meant  exactly  by  "a  constant  of  50"  or  "a  constant  of  100."  Theanswer  lies  in  astronomical  units  of  measure.  Except  conversationally,  astronomers  dont  use  light-years.  Theyuse  a  distance  called  the  parsec  (a  contraction  of  parallax  and  second),  based  on  a  universal  measure  called  thestellar  parallax  and  equivalent  to  3.26  light-years.  Really  big  measures,  like  the  size  of  a  universe,  are  measuredin  megaparsecs:  a  million  parsecs.  The  constant  is  expressed  in  terms  of  kilometers  per  second  per  megaparsec.

Thus  when  astronomers  refer  to  a  Hubble  constant  of  50,  what  they  really  mean  is  "50  kilometers  per  second  permegaparsec."  For  most  of  us  that  is  of  course  an  utterly  meaningless  measure,  but  then  with  astronomicalmeasures  most  distances  are  so  huge  as  to  be  utterly  meaningless.

quite  the  same  thing.  For  the  universe  at  large,  matters  are  naturally  magnified.  Bearing  allthat  in  mind,  the  best  bets  these  days  for  the  age  of  the  universe  seem  to  be  fixed  on  a  range  ofabout  12  billion  to  13.5  billion  years,  but  we  remain  a  long  way  from  unanimity.

One  interesting  recently  suggested  theory  is  that  the  universe  is  not  nearly  as  big  as  wethought,  that  when  we  peer  into  the  distance  some  of  the  galaxies  we  see  may  simply  bereflections,  ghost  images  created  by  rebounded  light.

The  fact  is,  there  is  a  great  deal,  even  at  quite  a  fundamental  level,  that  we  don’t  know—notleast  what  the  universe  is  made  of.  When  scientists  calculate  the  amount  of  matter  needed  tohold  things  together,  they  always  come  up  desperately  short.  It  appears  that  at  least  90  percentof  the  universe,  and  perhaps  as  much  as  99  percent,  is  composed  of  Fritz  Zwicky’s  “darkmatter”—stuff  that  is  by  its  nature  invisible  to  us.  It  is  slightly  galling  to  think  that  we  live  ina  universe  that,  for  the  most  part,  we  can’t  even  see,  but  there  you  are.  At  least  the  names  forthe  two  main  possible  culprits  are  entertaining:  they  are  said  to  be  either  WIMPs  (for  WeaklyInteracting  Massive  Particles,  which  is  to  say  specks  of  invisible  matter  left  over  from  the  BigBang)  or  MACHOs  (for  MAssive  Compact  Halo  Objects—really  just  another  name  for  blackholes,  brown  dwarfs,  and  other  very  dim  stars).

Particle  physicists  have  tended  to  favor  the  particle  explanation  of  WIMPs,  astrophysiciststhe  stellar  explanation  of  MACHOs.  For  a  time  MACHOs  had  the  upper  hand,  but  not  nearlyenough  of  them  were  found,  so  sentiment  swung  back  toward  WIMPs  but  with  the  problemthat  no  WIMP  has  ever  been  found.  Because  they  are  weakly  interacting,  they  are  (assumingthey  even  exist)  very  hard  to  detect.  Cosmic  rays  would  cause  too  much  interference.  Soscientists  must  go  deep  underground.  One  kilometer  underground  cosmic  bombardmentswould  be  one  millionth  what  they  would  be  on  the  surface.  But  even  when  all  these  are  addedin,  “two-thirds  of  the  universe  is  still  missing  from  the  balance  sheet,”  as  one  commentatorhas  put  it.  For  the  moment  we  might  very  well  call  them  DUNNOS  (for  Dark  UnknownNonreflective  Nondetectable  Objects  Somewhere).

Recent  evidence  suggests  that  not  only  are  the  galaxies  of  the  universe  racing  away  fromus,  but  that  they  are  doing  so  at  a  rate  that  is  accelerating.  This  is  counter  to  all  expectations.  Itappears  that  the  universe  may  not  only  be  filled  with  dark  matter,  but  with  dark  energy.

Scientists  sometimes  also  call  it  vacuum  energy  or,  more  exotically,  quintessence.  Whatever  itis,  it  seems  to  be  driving  an  expansion  that  no  one  can  altogether  account  for.  The  theory  isthat  empty  space  isn’t  so  empty  at  all—that  there  are  particles  of  matter  and  antimatterpopping  into  existence  and  popping  out  again—and  that  these  are  pushing  the  universeoutward  at  an  accelerating  rate.  Improbably  enough,  the  one  thing  that  resolves  all  this  isEinstein’s  cosmological  constant—the  little  piece  of  math  he  dropped  into  the  general  theoryof  relativity  to  stop  the  universe’s  presumed  expansion,  and  called  “the  biggest  blunder  of  mylife.”  It  now  appears  that  he  may  have  gotten  things  right  after  all.

The  upshot  of  all  this  is  that  we  live  in  a  universe  whose  age  we  can’t  quite  compute,surrounded  by  stars  whose  distances  we  don’t  altogether  know,  filled  with  matter  we  can’tidentify,  operating  in  conformance  with  physical  laws  whose  properties  we  don’t  trulyunderstand.

And  on  that  rather  unsettling  note,  let’s  return  to  Planet  Earth  and  consider  something  thatwe  do  understand—though  by  now  you  perhaps  won’t  be  surprised  to  hear  that  we  don’tunderstand