如果人类遭遇某种灾难，所有的科学知识都即将被摧毁，只能传递给下一代生物的是一句话，那么，哪个陈述能用最少的词汇包含最多的信息呢？我认为是原子假设，即所有事物都由原子构成。
假象我们正在一艘前往虚空的船上，吱吱的声音就在四周响起，一场即将耗尽一生的冒险正在开启。
尽管，这与阿波罗宇航员离开地球前往月球的旅程在概念上类似，但这次航行非常不同。昔日当阿姆斯特朗和奥尔德林踏上月球表面时，他们只需要前进相当于地球宽度的距离。
而我们这些勇敢旅行者们必须行进的距离相当于我们的家园直径63000多倍。与我们目的地相比，月球只是一个天体蜗牛。月球每个月绕地球爬行一次，速度为每秒1000米。这听起来可能很快，但这颗卫星以每秒超过两百万米的速度自传，接近光速的百分之一。
但是，我们的目标不是月球，这里也不是太阳系。我们正在探索的也不是天文领域，而是原子领域。我们是勇敢的原子宇航员，漂浮在氢原子内部。从其中心的孤独质子出发，寻找环绕它的孤独电子。
但是我们的任务要比最初预想困难得多。根据简化的玻尔模型，电子只是像月亮绕行行星一样绕行质子，该模型以丹麦物理学家尼尔斯·玻尔的名字命名。
现代量子物理学表明，我们无法确定电子实际上在哪里，我们只能说它最有可能在哪里。所有可能的路径模糊形成了一个围绕核心的云。因此，我们这些原子宇航员永远无法降落在目的地，只能漂浮在可能性的迷雾中。
这些原子就像是宇宙的乐高积木。巨大的星系在虚空中旋转，遥远的星星守望着夜晚，但它们都是由原子构建而成。就像我们所有人一样。实际上，在你的身体中的原子数量就超过了整个可观测宇宙中的星星总数。即使你以每秒十亿个的速度开始计数，完成这个任务仍然需要比当前宇宙的年龄更长的时间。
正如我们所见，即使在这些原子内部，也有整个复杂系统可以探索。然而，在时间的开始处，宇宙中的原子数量恰好为零。整个宇宙中没有一个原子。那么我们是如何到达这里的？第一个原子从哪里来？为什么一切都由原子构成？
让我们追溯时间，回望过去。一阵可怕的风呼啸着吹过黑海。波浪翻腾，砰然破碎，之前光滑如镜的水面被砸碎和搅动。被困在这场大风暴中的一对新婚夫妇孤立无援地坐在一艘皮划艇上。他们是逃离乌克兰的难民。
然而，这并不是一个二十一世纪的故事。年份是1932年，陷入动乱的夫妇是物理学家乔治·伽莫和他的妻子Lyubov，他亲切地称之为Rho，取自希腊字母。
这对年轻夫妇是如何冒着生命危险踏上这场冒险航程的呢？20世纪30年代初，苏联对待科学家和知识产权的方式发生了重大转变，对国外旅行进行了越来越严密的监管。伽莫希望在罗马的一次大型科学会议上展示自己的研究成果，但需要一本新护照。
他的申请一直被列宁格勒拖延，他们承诺会有进展，但却故意拖延时间。然而，在他频繁拜访护照办公室的过程中，得到一个天大的好处：在那里，他遇到了Rho。
不久之后，他们结婚了，并在一年内决定逃离。他们查看地图，寻找逃离苏联的最可靠途径。于是，他们选择了黑海，离开伽莫的出生地敖德萨，前往土耳其。
伽莫仍然持有他与物理学家尼尔斯·玻尔在哥本哈根合作时获得的丹麦摩托车驾照，因此计划是漂流到土耳其海滩，假装是丹麦人，并请求被带到伊斯坦布尔的丹麦大使馆。
他们的旅程开始得非常顺利。水面平静，微风和煦。但当他们在第二天日出前醒来时，天气已经开始变坏。到了晚上，情况变得更加严重，很快变得危险。风暴平息时，他们已经筋疲力尽。在开放的水面上漂流，强风不断折磨着小船，将他们吹回克里米亚。
尽管遭遇了这一挫折，最终伽莫和Rho还是成功逃脱。他们获得前往比利时参加科学会议的机会，并在会议结束后，玛丽·居里帮助这对夫妇延长了他们在西欧的逗留时间。他们再也不返回苏联，最终在1934年初前往美国。
这整个奇遇故事都发生在伽莫30岁生日之前。六年后，伽莫获得了美国公民身份。摆脱了压迫的枷锁，他现在能够继续他的工作。正是这项工作最终在我们对物理学的理解中起到了关键作用——因为它永远改变了我们对宇宙历史的思考方式。
1929年，在伽莫在黑海上的冒险之前三年，美国天文学家埃德温·哈勃通过证据震惊了天文学界，证明宇宙正在膨胀。如果宇宙日复一日地扩大，那么昨天它会小，一周前更小。
不断倒回时间，有一个时刻，现代宇宙的每个部分都集中在一个极其小的空间中，然后扩张开来。宇宙大爆炸。但对伽莫来说，这并不是一个新概念。俄罗斯物理学家亚历山大·弗里德曼已经在1925年预测到宇宙的膨胀，而这对夫妇在伽莫在列宁格勒的时间里就已经进行了长时间的讨论。
伽莫在美国的早期时间大部分都用来研究另一件事——恒星的终极能源。然而，他的关注点开始转变。1945年10月，伽莫给他的老朋友尼尔斯·玻尔写信，以庆祝这位丹麦人的60岁生日。这封信揭示了伽莫开始将他对恒星内部机制的研究应用于宇宙大爆炸后早期宇宙物质起源的工作。
在此之前，宇宙学家们一直认为早期宇宙被物质所主导，物质是构成所有可见结构的东西，从恒星和行星到星系和星系团。然而，伽莫开始怀疑这一点。关于到底谁应该获得这一荣誉的历史存在争议，但可能是伽莫的学生拉尔夫·阿尔费尔。
在他的博士论文中，阿尔费尔声称早期宇宙并不被物质所主导，而是被电磁辐射所主导。这种电磁辐射据称在宇宙大爆炸后的五万年内占据主导地位。物理学家对电磁辐射有另一个称呼：光。
我们可以用这个词来描述我们眼睛所能看到的光，但光不仅仅是那样简单。就像存在我们听不到的低频或高频声音一样，存在一些我们无法看到的低频或高频光。当物理学家使用光这个词时，他们指的是跨越这些频率范围的辐射，从高频段的γ射线和X射线到低频段的微波和无线电波。
当你用微波炉加热晚餐时，实际上是在使用低频光来烹饪食物。因此，光和物质在新生宇宙中被一起困住了。在膨胀了100,000秒之后，整个宇宙仍然比你现在呼吸的空气密度更高，并且在接下来的几千年里仍然足够密集，以便声波能够传播。
这些声波的频率非常低，需要被压缩100七千万亿倍（即1后面加上26个零）才能进入人类听到的范围内。2013年，约翰·G·克拉默在华盛顿大学利用早期宇宙的数据重现了这些声波，宇宙学家称之为重子声学振荡，今天仍然可以使用斯隆数字天文巡天等设施进行检测。
随着宇宙的不断膨胀，它继续拉伸这些声波，使它们的频率变得更低。但是随后发生了一件改变一切的事情。这是整个宇宙历史中最重要的事件之一，而且是阿尔弗尔和伽莫夫提前预测的。它被称为复合，它也为第一束光线涌入早期宇宙打开了闸门。
但是到底复合了什么？这第一束光线与第一个原子有什么关系？你感到越来越压抑。你被困住了。无论你往哪个方向转身，都只会遇到堵住的道路。你以前见过这些墙吗？你在这个交叉路口是向右转还是向左转？无论你如何努力，你都无法找出逃脱的方法。
这并不令人惊讶。因为没有逃脱的可能。你被困在一个无法穿透的迷宫中。这一系列无尽的死胡同正是大爆炸之后光所遇到的情况。无论光试图去哪里，它都会遇到不可逾越的障碍，形式上是亚原子粒子。
然而，宇宙并不是以这样的迷宫开始的。在最开始的时候，没有任何物质妨碍它的前进。在它诞生后的短暂片刻中，它是自由的。但是光很快变成了它自己的囚徒，将枷锁紧紧地束缚在自己身上。这是因为光具有双重身份。
就像神话和民间传说中的吸血鬼和狼人一样，光可以变成其他东西：物质。光是一种能量形式，而能量和物质是宇宙中同一个宇宙硬币的两面。它们是完全可互换的。而光的能量越高，它变成物质的可能性就越大。
大爆炸后的一万亿分之一秒内，宇宙的一部分能量转化为物质粒子，开始涌现，用基本粒子充斥整个宇宙，包括构建原子所需的一切，包括电子。然而，我们还需要等待数十万年，这些粒子才能真正凝聚成第一个原子。
我们可能已经有了电子，但要制造一个氢原子，就像我们的原子飞行员所探索的那样，我们还需要一个质子。与电子不同，质子是由其他东西构成的：夸克 - 在光部分变成物质时也出现了这些基本粒子。
夸克有各种不同的"味道"，但对于我们讲述原子形成的故事而言，最重要的是上夸克和下夸克。上夸克带有正电荷，下夸克带有负电荷。质子由两个上夸克和一个下夸克组成，因此质子具有整体正电荷。然而，这些夸克并不是天生的伴侣。
电荷就像磁铁的极性一样 - 相反的极性会相互吸引，但相同的电荷会相互排斥。两个带有正电荷的上夸克如何愉快地并排坐在一个质子内部？解决这个谜题的关键在于力量，即将第一个原子粘合在一起的粘合剂。物理学家知道宇宙中有四种基本力量。
其中两种对我们来说很熟悉：重力和电磁力。光是一种电磁波，而正是电磁力使磁铁和夸克相互排斥。在原子世界中，还有两种不太熟悉的力量在起作用。弱核力控制放射性，但真正主导的是强核力。
强核力比重力强十二个数量级。这是一个后面有三十八个零的数字，比整个可观测宇宙中的星星数量还多得多。强核力比电磁力强一百倍。因此，两个具有相同电荷的夸克可能想要互相推开，但强核力可以克服这种电磁本能，将它们绑在一起。然而，还有一个问题。
强核力是力量之王，但它统治的领域很小。它只在最微小的距离上起作用：约为万亿分之一毫米。最初的能量对夸克通过强力相互结合来形成是太高了。当夸克首次形成时，宇宙的温度超过一千亿度。
虽然它们彼此非常接近，夸克之间的碰撞能量非常高，它们无法黏合在一起。但新的宇宙一直在膨胀。随着宇宙的增长，它会冷却并且其中的粒子减速。在最初的百万分之一秒后，温度降至仅为一万亿度，第一个质子得以形成。
随后，中子也形成了，它是原子核中的另一种粒子。中子由一个上夸克和两个下夸克组成。你可能认为这很简单。但与玻尔的原子模型一样，中子和质子并不是那么简单。事实上，物理学家们对质子了解得越多，就越发觉得它异常怪异。
引用麻省理工学院的物理学家迈克·威廉姆斯的话：“这是你能想象到的最复杂的东西。”首先，这三个夸克，也就是所谓的价夸克，实际上只占据了质子质量的百分之一。剩下的部分由被称为胶子的粒子组成。它们是携带强核力的粒子。通过交换胶子，这三个价夸克才能结合成一个质子。然而，事情变得更加奇怪。胶子偶尔会获得足够的能量，以至于它们也能够发生一些形状的变化，转化为一个夸克及其反物质等效物质反夸克。
这些所谓的“海夸克”随后很快重新组合成一个胶子。因此，在任何时候，一个质子实际上是由价夸克、胶子和海夸克的混合构成的。我们仍然不了解所有的细节，纽约的相对论重离子对撞机等实验正在帮助物理学家更深入地探索质子的内部。
我们知道的是，胶子和海夸克占据了质子质量的99%。由于它们并非永久存在，物理学家将海夸克称为虚拟粒子。这意味着构成宇宙中每个原子中心的质子的质量主要来自于一个无数的实际不存在的海夸克。
从顶夸克到底夸克，奇夸克到魅夸克，各种夸克都可以作为海夸克出现和消失，时间很短，以免违反能量守恒定律。最近米兰大学的一个实验甚至表明有时奇夸克在较低能量下出现。
最令人费解的是，奇夸克的质量几乎是整个质子质量的1.5倍，而发生这种情况的概率很低，这意味着它们的全部质量并没有被加到质子本身上。微观世界是一个反直觉的地方。回到宇宙的时间线——现在我们有了质子和中子，我们前往第一个原子的旅程将继续，因为宇宙继续冷却和膨胀，这意味着质子和中子失去速度。这时，乔治·伽莫重新进入我们的故事。
1948年，他在科学期刊《物理评论快报》上发表了一封信。这篇文章只有一页纸，但它的篇幅掩盖了其洞察力的重要性。文章提出，在宇宙大爆炸之后的几分钟内，宇宙冷却到十亿度，足以使强核力将质子黏合到中子上。
这个质子-中子对被称为氘，它是在婴儿宇宙中建立结构的整个新途径。像太阳这样的恒星通过核聚变的过程将氢转化为氦，产生大量光能。氦的生成量略少于输入的氢的数量，差异被转化为太阳光，因为质量再次转化为能量。
伴随着拉尔夫·阿尔弗和伽莫，是第一批弄清楚聚变如何将氢转化为氦的步骤的人，而氘在其中起着关键作用。当氘与质子结合时，它形成了氦-3原子的核。然后，当两个氦-3核融合时，它们形成了氦-4原子的核，以及两个额外的中子。
在现代宇宙中，这些反应只能在温度和压力极端的地方发生，比如恒星的核心。但是在大爆炸后不久，整个宇宙中也存在类似的温度，尽管时间很短。只有一个极短的机会窗口可以进行聚变。温度必须足够低以使氘首先形成，但仍然足够高以使其他物质相互融合。
这个窗口在大爆炸后不到一秒钟的时间内打开，约二十分钟后随着宇宙的冷却而关闭。在大约二十分钟的时间内，宇宙质量的四分之一的氢核转化为氦核。因此，我们的宇宙只有20分钟的历史，每一个氦核旁边都有十二个氢核，每个核中有十亿个光粒子。
仅仅15分钟内就取得了令人难以置信的进展。但我们仍然没有第一个原子。为此，我们需要将电子绑定在核周围的轨道上。而那将需要很长时间。电子带有负电荷，质子使原子核带有正电荷。相反的吸引力使电磁力能够捕获经过的电子并将其困在核周围的轨道上。
但电磁力比强核力要弱100倍，因此宇宙必须冷却到只有4000度，以使粒子的速度足够慢，让电磁力发挥作用。从大爆炸后扩展到宇宙达到这一点需要380,000年。然后，终于形成了第一个原子。
但是，就像其奇异的核成分一样，添加电子并没有使事情变得更简单。电子是在19世纪末发现的，然而时间只增加了它们的谜团。电子的质量几乎是质子的两千倍轻，通常被认为是没有形状或内部结构的单点 - 真正的基本粒子，就像夸克一样。
它们也不像行星围绕太阳那样绕核旋转。量子物理告诉我们，不可能同时准确地知道电子的位置和速度。在任何时间点，电子不会在核周围的一个固定位置上 - 它同时占据每个可能的位置。一个单独的电子像雾一样覆盖着核，我们只能谈论它最有可能出现的位置。
电子，就像其他所有基本粒子一样，还具有一种奇特的属性，称为“自旋”。它们在磁场中会受到偏转，就像旋转的带电球体一样。这种旋转是违反直觉的。如果你旋转360度 - 换句话说，绕一个完整的圆圈旋转 - 那么你将回到起点。你是一个自旋1的实体。
但电子是自旋1/2的实体 - 它们必须旋转720度才能回到起点。实际上电子根本没有在旋转 - 量子物理禁止这样做。虽然将它们想象成在旋转是有用的，但它们无法旋转。因此，无论我们看到哪里，原子内部就像一个巨大的镜子大厅。
欺骗、幻觉和诡计伴随着我们理解它的每一次努力 - 这是一个奇异的量子领域，与常识相悖，包裹着我们远未解开的谜团。但我们确实知道，大爆炸后大约380,000年形成了第一个原子，释放了光。
现在，光子有了一条逃离先前无法穿透的迷宫的出路。电子突然被吸入原子核周围的轨道，物质之间的空间急剧增加。光线可以无碰撞地传播，以每秒299,792,458米的速度前进。
1948年，拉尔夫·阿尔弗和罗伯特·赫尔曼在这项工作基础上预测，大爆炸后数百万年涌入宇宙的第一束光应该在今天仍然可见。发现它将相当于一枝“烟枪”，对于宇宙确实是以炽热的大爆炸开始这一事实，几乎没有争议的证据。
不幸的是，当时没有人太过关注，这个想法在十五年里基本被遗忘。直到...一个容光焕发的罗伯特·迪克（Robert Dicke）站在麻省理工学院辐射实验室的屋顶上，高举着他自己制造的装置。迪克在1941年9月悄悄加入了麻省理工学院，他才刚刚完成了25岁的博士学位。
第二次世界大战已经进行了两年，尽管美国仍然保持中立，但它开始为参战做准备。他们是正确的。迪克刚开始在麻省理工学院工作的几周后，日本偷袭珍珠港，美国在第二天就加入了战争。
迪克是一个热衷于发明并且在电子方面有真正技能的人。这在他的血液中 - 他的父亲是一位专利律师，迪克在一生中申请了50多项专利，涵盖了从烘干机到激光器的设备。但在麻省理工学院，迪克正在研究雷达。雷达这个词是美国海军在那一年刚刚创造的，是RAdio Detection And Ranging（无线电探测与测距）的首字母缩写。
通过发送短脉冲的无线电波，你可以探测到像敌方飞机这样的物体，当它们将这些无线电波反射回来时。但最初的雷达实际上是一种相当粗糙的仪器。无线电波是光的一种形式，属于电磁波谱的一部分。它们是光中波长最长的部分，即波动重复的距离。
雷达自上世纪30年代以来一直存在，但迪克正在致力于一个重大改进：使用微波代替无线电波。微波的波长比无线电波要短，这意味着你的雷达图像将显示更多细节。迪克发明了一个新的接收器来接收这些反射的微波，现在被称为迪克辐射计。然而，内心里那个好奇的孩子总是忍不住往更高处看，超越了轰炸机和空战机，去看向太空。
迪克想知道宇宙中是否有任何微波来自于宇宙。因此，他站在麻省理工学院的辐射实验室的屋顶上，将他的辐射计对准天空。这个想法过了十多年后，他将会在普林斯顿再次考虑这个问题，作为20世纪宇宙学中最重要的洞察之一的一部分。最终，这将验证我们关于第一个原子起源的故事。
与许多人一样，迪克对宇宙大爆炸的概念有些概念上的困惑。关于宇宙起源，如何从无中生有可能是最常问的问题。因此，迪克探索了宇宙循环的概念——一个膨胀、减速、停止和收缩的宇宙，在大撞击中再次爆炸，再次向外扩张。
随着物质向内部压缩，崩溃的宇宙会变得异常炽热。电子会从质子中被撕裂，使宇宙回到了一个亚原子碎片的海洋。迪克将这个超热的大漩涡称为“火球”。随后的反弹和膨胀将火球冷却下来，并使原子重新形成——这就是“复合”的名称的由来。在这个理论中，原子确实会重新组合。
通过深思熟虑这种情景，迪克像十多年前的伽莫一样，想到了应该还会有来自这个超热阶段的剩余辐射，而且它今天仍然可见。他将其称为火球辐射。这是伽莫及其同事在1948年预测的同一种辐射，尽管迪克最初并不知道他们的工作。
迪克推断，这个火球辐射现在应该处于电磁波谱的微波部分——也就是他花费了二十年时间研究的部分。当然，最初来自宇宙大爆炸的剩余光会处于可见光谱的部分。如果当时有人在场看到它，它会呈现出黄橙色的发光。
但自从发光134.2亿年前释放出来以来，宇宙一直在不断膨胀。这个膨胀拉长了所有物体之间的空间，也使通过该空间传播的电磁辐射波长发生红移。迪克计算出他的火球辐射应该已经被拉伸到红外线并进入微波谱。
因此，他决定用他的同名辐射计来寻找它，并开始计划从20世纪60年代中期开始的观测。但在他完成工作之前，发生了一些奇怪的事情。在离他45分钟车程的新泽西州霍姆德尔，两位无线电天文学家正在进行一种不同类型的实验。
他们的名字是阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊。他们正在使用贝尔电话实验室的巨型6米霍姆德尔喇叭天线，监听从轨道卫星反射回来的无线电波。
他们要寻找的信号非常微弱 - 要听到它们，首先必须排除任何其他干扰。他们排除了本地雷达和无线电传输，甚至通过使用液体氦将接收器冷却到-269摄氏度来消除接收器本身的干扰。然而，尽管他们尽了最大的努力，仍然存在一个让人讨厌的噪音在探测器中，就像旧收音机频道之间的静电声。似乎这声音来自天空的各个方向。
这时他们发现了可能的罪魁祸首。彭齐亚斯和威尔逊发现了栖息在天线上的鸽子。它们的粪便产生的热量 - 他们后来称之为“白色介电材料” -是造成噪音的原因。
彭齐亚斯和威尔逊仔细清理了它们的粪便。但是噪音仍然存在。彭齐亚斯和威尔逊花了一年多的时间来弄清楚这个令人发狂的干扰的来源却没有结果。彭齐亚斯绝望地开始四处打电话，询问其他人是否知道发生了什么。有一天，他给普林斯顿的迪克打电话。
迪克正在他的办公室，正处在关于建造用于寻找火球辐射的装置的会议中。当他听到彭齐亚斯所说的话时，他的心情一落千丈。他对同事们说：“嗯，伙计们，我们被抢先了。”
彭齐亚斯和威尔逊因为他们的意外发现而获得了1978年的诺贝尔物理学奖，而迪克却一无所获。伽莫也从未获得过诺贝尔奖。于是，宇宙微波背景辐射的发现故事就此结束。这是第一批原子形成的明显指纹。这无可否认地证明了我们的宇宙是从一个炽热的宇宙大爆炸开始的。作为派往宇宙的最早光线，它是一个婴儿宇宙的形象。
如果我们现在的宇宙是一个40岁的人，宇宙微波背景辐射相当于在它不到十小时的时候拍摄的照片。在其中隐藏着有关宇宙未来和我们现在的线索。微小的温度变化表明幼年宇宙中的密度差异的存在。
越多的物质落入这些密度中，它们就会变得更大，并且相应地会有更多的物质落入其中。几亿年后，随着物质无情地聚集在一起，第一批星系将形成。此外，在这张宇宙地图上，现在已经拉伸到近5亿光年直径的范围内，标记着早期宇宙声波的痕迹。这是重子声学振荡的残留。
像在智利安第斯山脉高处的暗能量调查这样的实验，以前所未有的方式绘制了现代宇宙的结构。巨大的星系超团伸展在同样巨大的超空洞之间，与宇宙微波背景中的微小温度变化相呼应。
宇宙结构的种子早在很久以前就已经播种。但你并不需要一个巨大的喇叭天线来调谐宇宙的年轻时期。一台旧式的模拟电视机就足够了。在我们现代的数字时代，人们逐渐忘记了在频道之间切换时屏幕上会出现的雪花。而其中百分之一的干扰是来自宇宙微波背景辐射。
宇宙始于近140亿年前，但第一个原子的形成在宇宙历史上是如此重要的时刻，以至于这一事件的回响成为我们生命中看不见的伴侣，并将继续随着数万亿年的膨胀被延伸到我们的视野之外。
所以你可以原谅自己认为原子的兴起是不可避免的。它们是由光和物质构成的宇宙的不可逃避的命运，是任何热密实的粒子混合物的最终目的地，与其组成部分一样是现实的基本组成部分。但事实却完全相反。
当你的眼睛被蒙住时，其他感官变得更加敏锐。你听到每一声枪声和扣动扳机的声音，总共有二十四个。你即将被行刑队处决。士兵们举起武器，将枪管对准你的胸膛。你想着，这就是结束了，你的身体为最后一口气而做好准备。然后，每一颗子弹都没有命中。
加拿大哲学家和作家约翰·莱斯利在他1989年的著作《宇宙》中向我们描述了这个场景的一个版本。你还活着，这是多么不可思议。只需要一枪命中目标，但每一位射手都没有击中。你的存在归功于一系列精确而不可思议的事件。
只要有任何偏离，你就不可能在这里。我们宇宙的故事，以及其中的原子，也是类似的故事。自138亿年前诞生以来，宇宙从完全没有原子到充满了比我们一生中可能数不清的原子。原子是如此普遍，以至于我们视之为理所当然。
毕竟，原子无处不在。然而，原子是一种非常荒谬而不太可能的实体。就像你在那个庭院里的生活一样，它在一根非常脆弱的绳子上摇摆，任何微小的失误都会让它立即消失。即使稍微改变一点物理规则，化学和生物的痕迹都将消失。想象一下，你可以使用一个巨大的控制面板来操作宇宙。控制面板上布满了旋钮、按钮和开关，每个都负责存在的一些关键属性。某些亚原子粒子的质量，各种力的强度等。在这种情况下，只需稍加调整就可以完全摧毁原子，使我们这些“原子宇航员”的旅程变得不可能。
为了使原子稳定，它的电子轨道需要比核的尺寸大得多。否则，电子可能会坠落到原子宇航员的质子的位置，就像卫星被火焰和愤怒拉回地球一样。你只需要稍微增强电磁力，电子就会被拉得更紧密。如果削弱电磁力，电子可能会像从遥远的星系中抛出的星星一样飞离，永远无法被我们的原子宇航员触及。或者你可以削弱强核力。那么质子和中子之间就不会那么紧密地相互吸引，核的尺寸会增大，加速电子的消亡。
一个物理学家会说这些力量看起来是“精确调整的”。旋钮必须位于相当精确的位置，否则原子就不会存在。在这方面首先讨论这种所谓的精确调整的人之一是1961年的罗伯特·迪克。电子轨道远非原子中显现出的唯一精确调整的方面。
中子比质子重一点点，大约重了百分之一七左右。物理学家们通过越来越精确的实验得出了这个结论-事实上，在2021年，来自佛罗里达州立大学的一对研究人员以万亿分之4.5的准确度测量了氘对质子的质量比。
中子和质子之间的微小质量差异比电子的质量还要大。这是关键所在。如果电子的质量大于其两个更重的“堂兄弟”之间的质量差异，它可能被一个质子捕获并转化为中子。换句话说，你不能太大幅度地改变电子、质子或中子的质量，否则原子根本就不会存在。
进一步调整控制面板，你就可以引发更多混乱。中子比质子重是因为它们的夸克质量存在差异。正如我们之前所看到的，一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成。两个下夸克和一个上夸克组成了一个中子。下夸克略微重于上夸克，所以中子比质子重。然而，这些质量也显示出了精确调整的特点。如果下夸克和上夸克之间的质量差异更大，宇宙的整个历史将会有很大不同。一个下夸克将能够衰变成一个上夸克。如果这种情况发生在一个中子内部，突然之间，中子就会变成一个质子。
氘-一个质子与一个中子的重要结合-将被废止。这意味着大爆炸之后没有聚变，宇宙中只有氢原子。周期表中的其他117种原子或元素都不存在。没有氧气让你呼吸，也没有铁来运送氧气到你的身体各处。
改变夸克的质量并不是消除氘的唯一方法。氘之所以存在，是因为强核力可以将质子与中子绑在一起。如果让这种力量减弱百分之九，它就会太微弱，无法将氘团结在一起。而如果增强强核力百分之二，后果将更为深远。这将足够强大以将两个质子结合在一起，形成一种被称为二质子的氢形式。在真实的宇宙中，我们从来没有见过二质子，并且只有一些令人期待而又没有得到证实的报告，比如日本的放射性同位素束流工厂。
如果它们在大爆炸之后存在，它们将迅速融合成氦，而所有的氢都将迅速从宇宙中消失。我们将生活在一个以氦为主导的宇宙，而不是以氢为主导的宇宙。因此，无论我们在宇宙的伟大控制面板上考虑哪个旋钮、开关或按钮，消除原子似乎都非常容易。
换句话说，所有这些设定似乎都恰好位于合适的位置，以允许原子及其组成物存在。这似乎是一个巧合。它像你在行刑队面前幸存下来一样令人困惑和不太可能。因此，物理学家和哲学家提出了三个广泛的观点来解释这个精密调整的问题。也许这只是纯粹的运气。毕竟，这些设定值必须位于某个地方，尽管几乎不可能，但它们可能都恰好落在正确的位置，以在大爆炸后约380,000年产生第一个原子。根据一个说法，这个概率约为65亿亿分之一。这大致相当于你在被要求从包含可观测宇宙中所有恒星的袋子中随机选择时选择太阳的几率。
许多人认为这些概率过于极端而无法接受，并将这种明显的精密调整视为某个拥有稳定手法的人或某种存在的证据。换句话说，这不是偶然，而是刻意调整旋钮到正确的位置的行为。这可能是一个全能的神明，或者是一个无聊的先进文明，他们想要创建自己的现实版本的模拟人生。
然而，还有另一种选择。由于宇宙微波背景等证据，宇宙学家相信宇宙始于类似大爆炸的某种事件。但具体是什么引发了这一爆炸呢？在尝试回答这个问题时，出现了一个令人心动的可能性。
大爆炸是一个好的理论，但并不完美。一些科学家认为，如果存在不止一个大爆炸，就可以弥补这些缺陷，挽救这个理论。也许存在无尽的爆炸，每次爆炸都会产生一个新的宇宙。每个宇宙的控制面板设置可能会因宇宙从混乱中产生的方式而有所不同。在这个无尽广阔的多宇宙中，所有可能的设置都会存在。那么你会发现自己处于哪个宇宙中呢？你不可能存在于那些设置不允许原子以及由原子构成的星球和行星的宇宙中。作为一个由原子构成的巨大物体，你只能存在于一种基本力量的强度和亚原子粒子的质量允许原子形成的宇宙中。
这些不太可能的原子经历了多么不可思议的旅程。它们的组成部分在大爆炸后的几分钟内形成，然后在重组过程中凝聚，随后穿越太空，形成恒星，再次爆炸成为太空的一部分，被吸引到行星上，最终结束在一个能够思考自己在这个广阔而复杂的宇宙中位置的大脑内部。
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