第11章 基本粒子和自然的力(1)[第4页/共5页]

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。

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。

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。

（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