第11章 基本粒子和自然的力(1)[第2页/共5页]
亚里士多德信赖物质是持续的,也就是说,人们能够将物质无穷制地豆割成越来越小的小块。即人们永久不成能获得一个不成再豆割下去的最小颗粒。但是几个希腊人,比方德谟克里特,则对峙物质具有固有的颗粒性,并且以为每一件东西都是由大量的各种分歧范例的原子构成(原子在希腊文中的意义是“不成分的”)。争辩一向持续了几个世纪,任何一方都没有任何实际的证据。但是1803年英国的化学家兼物理学家约翰・道尔顿指出,化合物老是以必然的比例连络而成的,这一究竟能够用由原子聚合一起构成称作分子的个别来解释。但是,直到本世纪初这两种学派的争辩才以原子论者的胜利而告终。爱因斯坦供应了此中一个首要的物理学证据。1905年,在他关于狭义相对论的闻名论文颁发前的几周,他在颁发的另一篇文章里指出,所谓的布朗活动――浮在液体中灰尘小颗粒的没法则随机活动――能够解释为液体原子和灰尘粒子碰撞的效应。
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。
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!”
用上一章会商的波粒二象性,包含光和引力的宇宙中的统统都能以粒子来描述。这些粒子有一种称为自旋的性子。考虑自旋的一个别例是将粒子设想成环绕着一个轴自转的小陀螺。但是,这能够会引发曲解,因为量子力学奉告我们,粒子并没有任何表面清楚的轴。粒子的自旋真正奉告我们的是,从分歧的方向看粒子是甚么模样的。一个自旋为0的粒子像一个点:从任何方向看都一样 。另一方面,自旋为1的粒子像一个箭头:从分歧方向看是分歧的 。只要把它转过一整圈 时,这粒子才显得一样。自旋为2的粒子像个双头的箭头 :只要把它转过半圈 ,它看起来便一样。近似地,把更高自旋的粒子转了整圈的更小的部分后,它看起来便一样。统统这统统都是如许的直截了当,但惊人的究竟是,把有些粒子转过一圈后,它仍然显得分歧:你必须使其转两整圈!如许的粒子就说具有1/2的自旋。