第11章 基本粒子和自然的力(1)[第1页/共5页]

直到约莫30年之前，人们还觉得质子和中子是“根基”粒子。但是，质子和别的的质子或电子高速碰撞的尝试表白，它们究竟上是由更小的粒子构成的。加州理工学院的牟雷・盖尔曼将这些粒子定名为夸克。因为对夸克的研讨，他获得1969年的诺贝尔奖。此名字发源于詹姆斯・乔伊斯奥秘的引语：“Three quarks for Muster Mark！”

宇宙间统统已知的粒子能够分红两组：自旋为1/2的粒子，它们构成宇宙中的物质；自旋为0、1和2的粒子，正如我们将要看到的，它们在物质粒子之间产生力。物质粒子从命所谓的泡利不相容道理。这是奥天时物理学家沃尔夫冈・泡利在1925年发明的，他是以而获得1945年的诺贝尔奖。他是个原型的实际物理学家，有人如许说，他的存在乃至会使同一都会里的尝试出弊端！泡利不相容道理是说，两个近似的粒子不能存在于不异的态中，也就是说，在不肯定性道理给出的限定下，它们不能同时具有不异的位置和速率。不相容道理是非常关头的，因为它解释了为何物质粒子，在自旋为O、1和2的粒子产生的力的影响下，不会坍缩成密度非常高的状况的启事：如果物质粒子几近处在不异的位置，则它们必须有分歧的速率，这意味着它们不会长时候存在于不异的位置。如果天下在没有不相容道理的景象下创生，夸克将不会构成分离的表面清楚的质子和中子，进而这些也不成能和电子构成分离的表面清楚的原子。它们全数都会坍缩构成大抵均匀的稠密的“汤”。

（在汤姆孙的电子尝试中，我们看到他用一个电场去加快电子，一个电子从一个伏特的电场合获得的能量便是一个电子伏特。）19世纪，当人们晓得如何去利用的粒子能量只是由化学反应――诸如燃烧――产生的几个电子伏特的低能量时，大师觉得原子便是最小的单位。在卢瑟福的尝试中，α粒子具有几百万电子伏特的能量。更晚的期间，我们得悉如何利用电磁场给粒子供应起首是几百万，然后是几十亿电子伏特的能量。如许我们晓得，30年之前觉得是“根基”的粒子，究竟上是由更小的粒子构成。如果我们操纵更高的能量时，是否会发明这些粒子是由更小的粒子构成的呢？这必然是能够的。但我们确切有一些实际上的启事，信赖我们已经具有，或者说靠近具有天然的终究构件的知识。

亚里士多德信赖宇宙中的统统物质由四种根基元素即土、气、火和水构成。有两种力感化在这些元素上：引力，这是指土和水往下沉的趋势；浮力，这是指气和火往上升的偏向。将宇宙的内容豆割成物质和力的这类做法一向因循至今。

一个大的物体，比方地球或太阳，包含了几近等量的正电荷和负电荷。如许，因为伶仃粒子之间的吸引力和架空力几近全被抵消了，是以两个物体之间净的电磁力非常小。

现在我们晓得，不管是原子还是此中的质子和中子都不是不成分的。题目在于甚么是真正的根基粒子――构成天下万物的最根基的构件？因为光波波长比原子的标准大很多，我们不能希冀以凡是的体例去“看”一个原子的部分。我们必须用某些波是非很多的东西。正如我们在上一章所看到的，量子力学奉告我们，实际上统统粒子都是波，粒子的能量越高，则其对应的波的波长越短。以是，我们能对这个题目给出的最好的答复，取决于我们装配中的粒子能量有多高，因为这决定了我们能看到的标准有多小。这些粒子的能量凡是用叫做电子伏特的单位来测量。