第11章 基本粒子和自然的力(1)[第2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”。

第一种力是引力，这类力是万有的，也就是说，每一个粒子都因它的质量或能量而感遭到引力。引力比其他三种力都弱很多。它是如此之弱，它若不具有两个特别的性子，我们底子就不成能重视到：它能感化到大间隔去，以及它老是吸引的。这意味着，在像地球和太阳如许两个庞大的物体中，伶仃粒子之间的非常弱的引力能都叠加起来而产生相称大的力量。其他三种力要么是短程的，要么时而吸引时而架空，以是它们偏向于相互抵消。以量子力学的体例来对待引力场，人们把两个物质粒子之间的力描述成由称作引力子的自旋为2的粒子照顾的。它本身没有质量，以是照顾的力是长程的。太阳和地球之间的引力能够归结为构成这两个物体的粒子之间的引力子互换。固然所互换的粒子是虚的，它们确切产生了可测量的效应――它们使地球环绕着太阳公转！实引力子构成了典范物理学家称之为引力波的东西，它是如此之弱――并且要探测到它是如此之困难，乃至于还向来未被观察到过。

直到保罗・狄拉克在1928年提出一个实际，人们才对电子和其他自旋1/2的粒子有了精确的了解。狄拉克厥后被选为剑桥的卢卡斯数学传授（牛顿曾经担负这一教席，目前我担负这一职务）。狄拉克实际是第一种既和量子力学又和狭义相对论相分歧的实际。它在数学上解释了为何电子具有1/2的自旋，也即为甚么将其转一整圈不能、而转两整圈才气使它显得一样。它还预言了电子必须有它的妃耦――反电子或正电子。1932年正电子的发明证明了狄拉克的实际，他是以获得了1933年的诺贝尔奖。