戴维是当时欧洲最伟大的科学家之一，不仅他的祖国——英国封他为爵士，就连当时与英国交战的法国也授予他拿破仑奖(the Napoleon Prize)。但戴维最大的成就是雇用了迈克尔·法拉第。
戴维是当时欧洲最伟大的科学家之一，不仅他的祖国——英国封他为爵士，就连当时与英国交战的法国也授予他拿破仑奖(the Napoleon Prize)。但戴维最大的成就是雇用了迈克尔·法拉第。
麦克斯韦认识到，这种波是由相互垂直、不断振荡的磁场和电场组成的，两者都垂直于波的行进方向。电场在强度上发生衰减时，衰减的电场会自动产生磁场；磁场的强度发生衰减时，衰减的磁场会自动产生电场。这个过程会一次接一次地持续下去，一旦开始，将永远在这种自我维持的电和磁的波动中进行下去。
那就是构成现实的电场和磁场在人们熟悉的日常生活中根本就没有可用于类比的东西，它们的本质只能通过数学来描述，数学才是自然界的基本语言。
1893年12月9日，在给父母的最后一封信中，赫兹写道：“如果有什么事情真的降临到我身上，你们也不必悲伤。相反，你们应该感到些许自豪，并把我看成被特别选中的人之一，虽然注定只能活很短的时间，但活得很有价值。”
光速不可达到的唯一原因是物质实体本身抵抗被推到光速，这种阻力或惯性正是质量的定义。因此，当一个物体的速度逐渐接近光速时，质量会变得越来越大。由于随着速度的增加，唯一明显增加的是物体的运动能量，不可避免的结论是运动能量有质量。事实上，正如爱因斯坦所认识到的，所有形式的能量，包括运动的能量，都具有等效的质量。
基本粒子，比如电子携带的电荷，只有在旋转的情况下才能运动。
换句话说，一个高能光子产生的粒子不是一个，而是两个：一个电子加上一个带正电的电子镜像。这个过程被称为电子偶的产生。
因此，可以得出这样的结论：在物质的产生过程中，光子必须同时产生粒子和反粒子(antiparticle)对；相应地，物质的毁灭也需由粒子和反粒子对相互湮灭，形成光子(实际上还有另一个限制，那就是动量守恒定律，该定律规定物质和反物质对的湮灭必然产生两个相同的、传播方向相反的光子)。
霍伊尔认为，在濒临死亡的恒星外壳中，坍缩释放出的巨大热量引发剧烈的核反应，从而形成各种元素。新形成的元素被爆炸抛入太空，丰富了星际气体和尘埃云团中的元素，当这些云团在引力作用下崩解时，就会合并成新一代的恒星和行星。如果霍伊尔是正确的，那么超新星就是锻造构成我们身体元素的熔炉。
事实上，巴德在洛杉矶漆黑的天空中观察到的一个重要发现就是，银河系包含两种截然不同的恒星群。在太阳运行的旋臂(spiral arm)中分布着炽热的蓝色恒星，重元素含量相对较高；在银河系中心则布满温度较低的红色恒星，重元素的含量相对较低。[5]正如后面将会谈到的那样，蓝色的星族Ⅰ(Population I)恒星较年轻，红色的星族Ⅱ(Population II)恒星较为古老。从这些星体中重元素的含量可以看出，随着星系不断衰老，重元素含量也更丰富，这与重元素会在恒星内部不断积累的假设相符。
绕过铍-8屏障意味着为锻造重元素开辟了道路。随着大质量恒星的演化，其核心变得越来越致密、越来越炽热，其内部深处的氧-16会与氦核合并形成氖-20，氖-20会与氦核合并形成镁-24，依此类推。当反应进行到在硅中加入氦，在30亿摄氏度左右的温度下形成铁时，这个α过程到达了终点。在这个反应发生时，恒星内部将会失去平衡。与之前的核反应不同，硅燃烧不会释放能量，而是会吸取恒星的能量。但是，由于恒星依靠这种核能提供的热量产生向外的推力，抵抗引力对恒星的挤压，因此失去支撑的核心会发生内爆。强烈的爆炸会将超新星的外壳抛射出去，将这颗恒星一生辛苦积累起来的许多元素散布到太空中去。这种内爆过程的机理至今仍不十分清楚。
铁族元素是在超新星爆炸时短暂存在的核热动力平衡(thermo dymamic equilibrium)中产生的。
事实上，是伽莫夫首先认识到这一关键的。作为第一个将量子理论应用于原子核的人，伽莫夫于1928年发现，在重元素(比如镭等)的α衰变(alpha decay)中，其中的α粒子或氦核即使缺乏足够的能量，也有可能逃离原子核。这种量子隧穿(quantum tunnelling)现象是可能的，因为描述α粒子的量子波延伸到核外，使得任何时候α粒子逃出核外的可能性不为零。1929年，罗伯特·阿特金森(Robert Atkinson)和弗里茨·霍特曼斯(Fritz Houtermans)将伽莫夫的想法付诸于应用，向人们展示了在太阳中，原子核是如何通过隧穿效应进入另一个原子核的，尽管核与核之间激烈的相互排斥似乎使其无法实现。这种核反应的另一个副产品就是产生了阳光。
电子是已知的最轻的亚原子粒子，而中微子似乎比电子要小至少10万倍，毫不奇怪，中微子的质量很难测量。这也表明，中微子获得质量的方式不同于所有其他基本粒子。其他基本粒子是通过与希格斯场(Higgs ield)相互作用而获得质量的(见第8章)。
中微子是自然界中第二常见的粒子，仅次于光子。就绝对数量而言，我们生活在一个中微子和光子的世界中。
尽管一颗超新星可以发出与拥有1000亿颗恒星的整个星系一样亮的光，但事实上，仅有1%的能量是以光的形式发射出来的，高达99%的能量是由中微子带走的。
根据牛顿的说法，太阳和地球之间存在着一种“力”，就像一条无形的绳索将两个天体维系在一起，并将地球永久地捆绑在环绕太阳的轨道上。爱因斯坦则提出了另一种观点：实际上，像太阳这样的天体，巨大的质量使其周围的时空扭曲成山谷。[128]地球则像轮盘赌轮上滚动的珠子一样在山谷的斜坡上穿行。当时有人总结道：本质上，广义相对论就是物质告诉时空如何弯曲，弯曲的时空告诉物质如何运动。不过经过了半个世纪之后，已经没有人再使用这样的说辞了。
直到20世纪60年代末，人们才清楚地认识到，质子和中子是复合粒子，而它们的组成部分夸克才是强核力结合的对象。
弱核力对于太阳至关重要，因为需要弱核力的核反应很罕见(在量子世界中，“弱”是“不常见”的同义词)。之所以太阳的燃料在数十亿年的时间内逐渐消耗，而不是在一次性爆炸中挥霍掉，就是因为产生阳光的核反应链第一步的稀缺性。这使太阳能够稳定地发光数十亿年，为进化复杂的生命提供了时间。而且，如果这还不足以令人感激，那么弱核力对于在巨大恒星内部发生的核进程中也至关重要。这些恒星合成了对地球生命至关重要的碳、氧和铁等元素。
简单说一下什么是玻色子。在自然界，粒子可以携带固有的自旋或称量子自旋，并且只能是基本自旋的整数倍(如0或1)或半整数倍(如1/2或3/2)。前一种类型的粒子被称为玻色子(bosons)，后一种类型的粒子被称为费米子(fermions)。载力子(如光子和胶子)是玻色子；而结构性粒子(如夸克和电子)则是费米子。粒子的自旋与其整体行为之间有着密切的联系。
截至2012年7月，标准模型(即3种非引力的量子场论)中所有基本粒子的有力证据都在实验中被发现。[159]这些基本粒子包括6种夸克，分别是上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克；6种轻子，即电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子；以及12种载力子：其中，光子介导电磁力，W+子、W-子和Z0子传递弱核力，8种胶子传递强核力。
如此高的电流自然会产生大量的热量，但是大型强子对撞机的1232个偏转磁体，每个长15米、重35吨，由特制的超导线圈制成，并由液态氦——世界上最好的制冷剂——冷却。在零下271.3摄氏度，也就是仅比绝对零度高1.9开尔文的情况下，线圈对电流不产生任何阻力，保持超导状态，因此不会发热。
好在自2009年11月重启以来，大型强子对撞机一直运行顺利。在ATLAS和CMS内部，质子之间以光速的99.9999991%发生碰撞，再现了宇宙诞生后1000亿分之一秒的瞬间——此时，大爆炸火球的温度约为1000万亿摄氏度。严格来说，这种碰撞不是质子之间的碰撞，而是质子的构成粒子夸克和胶子之间的碰撞。从碰撞的能量中产生了夸克和胶子的射流。射流中产生了大量奇异粒子，这些奇异粒子在极短的时间之内就转化为更多的亚原子碎片。通过硬件和软件的手段，从这些眼花缭乱的亚原子射流中滤除了大多数事件信号，仅留下最罕见的特征信号——那种物理学家正在寻找的希格斯玻色子的特征信号。
构成物质的基本单位的夸克和轻子是费米子，而把它们结合在一起的载力子是玻色子。所有常规物质都是由这4种粒子构成的：上夸克和下夸克，以及电子和电子中微子(原子核中的质子由2个上夸克和1个下夸克组成，而中子由2个下夸克和1个上夸克组成)。其他夸克和轻子只是这些粒子的较重形式。而为什么大自然选择使其基本构成部分翻3倍，这确实是个谜。
天文学家早就知道，所有比氢和氦重的元素都是在恒星的核聚变炉中形成的。当恒星爆发时，会把这些元素喷洒到太空中，从而被纳入一代接一代的恒星中。尽管核天体物理学家已经成功地确定了几乎所有92种自然存在的元素的起源，但并不清楚金元素是哪里来的。现在，他们终于知道了。身边常见的物质与遥远的宇宙之间，还会有更惊人的联系吗？如果你有一枚金戒指或一条金项链，要知道，其中的原子都是在2颗中子星的灾难性合并中锻造出来的。而且，那次合并出现的时间远比地球的诞生更久远。
毫无疑问，数学与实体宇宙之间存在深层联系的最有力的例证就是狄拉克方程。方程对电子的描述统一了量子理论和爱因斯坦的狭义相对论，尽管这纯粹是出于数学上的一致性而凭空想象出来的，但狄拉克方程不仅预测了量子自旋的存在，而且预测了反物质宇宙的存在。狄拉克和其他人一样对这种联系感到惊讶，他推测：“上帝用美妙的数学创造了世界。”