这个机器坐落于日内瓦附近一个安静的田园之地，毗邻法国侏罗山脉，它就是我们所知道的大型强子对撞机（LHC）。成群的奶牛在绿色的田野上满足地咀嚼食物，大量布满自由涂鸦的低层建筑点缀着地平线。从表面上看来，鲜有迹象表明这个地区正进行着一项人类历史上最具野心的融合了艺术与科学的项目。
大型强子对撞机位于跨越瑞士和法国国境的一条周长27千米的环形隧道中，隧道建设在地下深度为100米左右的地方。隧道被数千块超导磁体塞满，这些超导磁体引导着以接近光速相向运动的两束质子流。这些质子流将在隧道中的四个大型探测器中进行碰撞，它们的英文缩写分别是： ALICE，ATLAS，CMS，LHCb。这些名字并不会让人感到激动，但是想要进入其中只能通过邀请才行，普通大众无法接近。除此之外，这些地下洞穴更是新时代的教堂，令人兴奋的是，这里混合了先进的工程技术与接近宗教的某些东西。大型强子对撞机的使用者们希望在这里发现美，发现与永恒的连接。
举例来说，ATLAS探测器（A Toroidal LHC Apparatus，一个环形的LHC设备）是由来自34个国家的1800余人合力建造而成的。这个巨大的八角形建筑有五层楼高，重7000吨，里面充满了格子状的钢铁、陶瓷、硅酸盐和塑料，这些材料通过导管和一捆捆厚厚的电缆线连接在一起。这真是一个令人敬畏的场景，仿佛来自于科幻小说中的想象之物。ATLAS探测器装备有一亿个传感器，尽管它体型庞大，其建造目的却是为了分析人类历史上曾经产生过的最小物体——相向运动的光束在极强能量下碰撞所产生的亚原子质子流。我们可以将它看成是一个世界上最大、最昂贵的数码相机，每秒钟拍摄数百万次图像，目的是能够发现一些异常事件和现象， 例如希格斯（Higgs）场以及希格斯玻粒子（人们认为，最新发现的希格斯粒子是物质具有质量的原因），可能还有非常小的迷你黑洞。
这些在工作中产生的数据将被记录保存，并传送到世界各地的大学和科研机构中，科学家们将对这些数据进行研究分析。注视着这些数字，思考着这些图片，科学家们希望从中可以得到一些具有深远意义的问题的洞见。空间中是否存在额外维度？为什么物质比反物质更多？暗物质是由什么组成的？宇宙生成的第一刻发生了什么事情？在它结束时又将会发生什么？
但是，真正让这些研究者们感到兴奋和具有吸引力的是寻找某种更加难以捉摸、更加令人愉快、更加美丽的东西。
数个世纪以来，科学家与哲学家都在努力说明宇宙是被一些简单的法则支配着的。这些法则既不是物理规则，也不是物质的组成。它们甚至比数学还要深刻。它们是美的法则，以和谐、统一、对称概念为基础。科学家期待的并非是一个微粒的图像，他们想要一窥真理的全貌、科学与艺术的碰撞。
通常来说，人们既不会把科学当成一项审美追求，也不会把大型强子对撞机这种粒子加速器工程看成是一个极其昂贵的艺术装置。毕竟，科学的全部重要性在于客观与公正。在某种意义上，一个理论（或者一个实验）是丑陋的还是具有吸引力并不需要被纳入考量，重要的是这个理论是否有效。至于美，是（非现代）艺术博物馆的管辖范围。
可以确定的是，如果你仔细阅读科学期刊，你将几乎不会在其中看到表象、美感与优雅。没有人会因为自己的理论比竞争者的好看而宣称自己的理论更好。在大型强子对撞机中获得的科学发现也并不是通过选美比赛的方式来评估的。但是，如果你听到过科学家们之间的谈话，或者读过他们的一些非专业类文章，你会从中看到一个非常不同的画面：科学家们普遍接受，美与真理是神秘的，而且密不可分。确实，科学的核心驱动似乎既是探求真理，也是寻找美，条件是它们将在同一地方被发现。
数学家与哲学家伯特兰·罗素（Betrand Russell）写道：“数学，如果我们正确地看它，它不但拥有真理，而且也具有至高的美。正如雕刻之美，它是一种冷酷而严肃的美，这种美不会投合我们天性软弱的方面， 这种美没有绘画或音乐那些华丽的装饰，它可以纯净到崇高的地步，能够达到只有最伟大的艺术才能显现的那种严格的完满境地。”G. H. 哈代（G. H. Hardy）在1940年出版的《一个数学家的辩白》（A Mathematician’s Apology）中写道：“数学家的模式同画家和诗人的模式一样，它们一定是美的；数学概念就像颜料和水彩，一定会通过某种和谐的方式组合在一起。”美是第一检验标准：世界上没有丑陋数学的容身之地。法国数学家、物理学家亨利·庞加莱（Henri Poincare）相信，“数学之美的感受，数形协调的感受，几何优雅的感受……这些所有数学家都能认出的真实的审美感受”起到了“精致的过滤器”的作用，科学家们可以通过这些感受识别出那些本质上真实有用的模式。
英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）认为，数学世界与物理世界的一致性在于“把美置于方程式中比让它们符合实验更重要。”在物理学探测到反物质之前，他使用一个非常优雅的数学方程式假设了反物质的存在，因此证明了自己的观点。当被问起如何支持他说过的“在工作中总是选择美而非真理”时，数学家与理论物理学家赫尔曼·外尔（Hermann Weyl）提到他关于重力测量的思想，这一思想虽然在重力测量方面是错误的，但它后来重塑了物理学的其他领域，我们将在第7章对此进行讨论。物理学家尤金·维格纳（Eugene Wigner）在20世纪60年代的一篇论文中描述了自然科学中美丽的数学的“不合理有效性”。物理学家默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）在最近的一次谈话中指出，在基础物理领域中，“比起粗糙的理论，美丽而且优雅的理论是正确性的可能性更大。这是如此的显著而且不可思议。”物理学家徐一鸿（Anthony Zee）认为，“基础数学的战斗口号是，将美放在第一位，真理将会照顾好自己！”
对于美学价值的兴致甚至延伸到了科学装置设计师之中。罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）是美国伊利诺伊州费米国家加速器实验室（Fermilab）的所长。1969年，当威尔逊被国会征召为该实验室辩护时，他表明，它的价值与国家安全没有任何关系。“它只与我们眼中对彼此的尊重有关，它只与人类的尊严有关，它只与我们对文化的热爱有关……它与这些事情相关：我们是好的画家吗？我们是好的建筑师吗？我们是伟大的诗人吗？我是说那些在我们的国家中，我们出于爱国之心所真正感到尊敬与荣耀的所有事情……它除了帮助我们认为祖国更值得我们保护以外， 与直接保卫国家并无任何关系。”后来，他通过促成费米国家加速器实验室的建筑设计证明了自己的观点，这些建筑包括一座以法国博韦的一个大教堂为原型的辉煌主楼。
威尔逊面对国会的陈述也许缺少了一点诚意；虽然他是如此宣称费米实验的价值，但在冷战的高峰时期，人们普遍认为像粒子加速器这样的高科技工程是与国防安全密切相关的，这也是它可以获得大量资金的原因。甚至当我在20世纪90年代为超导超大型加速器（Superconducting Super Collider）进行设计工作时——这一项目原本是作为费米实验室的继承者，后来被取消了——我都能感受到这一项目的准军事性质，大部分工作是由国防契约企业来执行的。无论如何，威尔逊所说的仍然是高度的真理，并且显而易见的是，如果有人期望从大型强子对撞机中能发射一束死亡光线，他可能会对此感到失望。
作为报答，艺术家与音乐家长期以来都在工作中利用数学知识与比例关系。在1926年出版的《变形》（Transformations）一书中，英国艺术评论家罗杰·弗莱（Roger Fry）将凝视艺术作品与沉思数学计算时的情感状态进行比较，他得出结论：“我们无法否认在这两种情况下人们的能力与注意力的方向是极其相似的。”谈论音乐审美时，哲学家罗杰·斯克鲁顿（Roger Scruton）写道：“当我们理解数学时，我们已经接触到了创造的秩序，这个秩序是永恒的，就像数字本身。在音乐中，我们通过经验也会有些不随时间变化的东西显露于思维之中。”艺术与科学是探索求真的两种方式，它们由相似的冲动所驱动，并且能够唤起同样的惊奇、兴奋和舒适。