每天一睜眼,我們都能看到豐富多彩的世界。但是你有沒有想過,我們所在的宏觀世界到底是由什么組成的,如果把一個物體無限分割下去,最終會得到什么呢? 科學(xué)家們也有這樣的困惑,于是他們開始不斷探索微觀世界,試圖找到組成宏觀世界的基本單元。 在探索微觀世界的過程中,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了各種粒子,也知道了微觀基本粒子是組成萬事萬物的基本元素,是萬物的基礎(chǔ)。 基本粒子比分子和原子小得多,即便是現(xiàn)代最高倍的顯微鏡也很難直接觀察到它們的存在,但科學(xué)家們有的是辦法找到它們存在的證據(jù)。 在19世紀(jì)中葉,科學(xué)家普呂克做了一個這樣的實驗。 首先他準(zhǔn)備了一個玻璃管,把玻璃管里面的空氣盡可能抽干凈,然后在試管的兩端安裝電極板,輸入上千伏的電壓。 之后普呂克有了驚人的發(fā)現(xiàn):陰極試管壁上不斷閃爍綠色的光,但是他并沒有看到有任何東西發(fā)射出來。 綠色的光到底是什么呢?科學(xué)家們說法不一,但根據(jù)他們的經(jīng)驗,答案只有兩個:波或者粒子。 接下來的幾十年里,科學(xué)家們不斷對普呂克的實驗進行各種改進。19世紀(jì)末約瑟夫·約翰·湯姆森在陰極射線加了磁場或電場,發(fā)現(xiàn)射線的軌跡出現(xiàn)偏轉(zhuǎn),由此他給出這樣的結(jié)論,陰極射線是某種帶負電的粒子。 然后約瑟夫·約翰·湯姆森不斷調(diào)節(jié)電場或者磁場的強度方向,計算出陰極射線的速度,然后計算出這種負電粒子的荷質(zhì)比。 得出的荷質(zhì)比結(jié)果讓湯普森感到吃驚,因為這個荷質(zhì)比實在太大了,達到氫荷質(zhì)比的1836倍,荷質(zhì)比預(yù)測,帶負電的粒子肯定是某種新粒子。 湯普森根據(jù)他的實驗結(jié)果發(fā)表了相關(guān)論文報告,宣稱自己發(fā)現(xiàn)了全新的粒子,也就是電子,比原子更小的粒子。 電子的發(fā)現(xiàn),是人類探索微觀世界的又一個里程碑。 之后,科學(xué)家不斷深入探索微觀世界和微觀粒子,用α粒子轟擊核,又發(fā)現(xiàn)了中子,發(fā)現(xiàn)原子核由中子和質(zhì)子組成的,并把中子和質(zhì)子稱為基本粒子。 經(jīng)過半個多世紀(jì)的不斷探索,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了多達近百種基本粒子。同時,隨著粒子加速器的應(yīng)用,不斷有新的基本粒子被發(fā)現(xiàn)。 隨著越來越多的基本粒子浮出水面,一開始科學(xué)家們很高興,認為他們很快就會探索發(fā)現(xiàn)微觀世界的本質(zhì),但結(jié)果事與愿違,他們發(fā)現(xiàn)基本粒子實在太多了,比元素種類還要多,而且還相當(dāng)混亂,科學(xué)家們一時間不知道該如何把那些基本粒子進行分類。 后來經(jīng)過科學(xué)家們的不懈努力,建立了標(biāo)準(zhǔn)粒子模型,把看起來非?;靵y,數(shù)量眾多的基本粒子進行了歸類。 之所以建立標(biāo)準(zhǔn)粒子模型,是因為科學(xué)家想更好地統(tǒng)一自然界四種基本作用力,分別是引力,電磁力,強力和弱力。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)粒子模型,雖然微觀粒子很多,但總體可以分為兩大類:費米子和玻色子。 費米子很好理解,就是我們通常所說的基本粒子,比如說電子,夸克等,也就是組成物質(zhì)的基本單元。 而玻色子是負責(zé)傳遞基本作用力的粒子,也被稱為傳播子或者媒介子,費米子通過玻色子傳播基本作用力而連接在一起。比如說中子和質(zhì)子都是由三個夸克組成,三個夸克之間通過膠子傳遞強力粘結(jié)在一起,膠子就是玻色子。 玻色子可以分為四種,分別是引力子負責(zé)傳遞引力,光子負責(zé)傳遞電磁力,膠子負責(zé)傳遞強力,玻色子負責(zé)傳遞弱力。四類玻色子中,除了引力子之外,其他玻色子都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。 當(dāng)然,還有一個更重要的粒子,希格斯玻色子,也被稱為上帝粒子,能夠賦予基本粒子以質(zhì)量。 費米子都遵循泡利不相容原理,也就是說,兩個及兩個以上的費米子不能擁有相同的量子狀態(tài)。同時,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)粒子模型,費米子是基本粒子,不能分割為更小的粒子,起碼根據(jù)目前的理論我們做不到這點。 費米子又可以分為兩大類,分別是夸克和輕子,這兩類費米子又可以分為24種味,也就是24種屬性。 能夠看出,宇宙萬事萬物的本質(zhì)其實很簡單,都是由費米子構(gòu)成的,費米子又通過玻色子相互粘結(jié)在一起,基本粒子的數(shù)量和結(jié)合方式的不同呈現(xiàn)出了豐富多彩的大千世界。 不過標(biāo)準(zhǔn)粒子模型有一個很大的痛點,傳播引力的引力子一直沒有找到,引力子的概念也只是一個假設(shè)的概念。 為了盡快統(tǒng)一自然界四種基本作用力,科學(xué)家花費了幾十年時間,仍舊沒有找到引力子。之后有維內(nèi)奇諾等科學(xué)家提出了更為前沿的弦理論。 弦理論認為,組成宇宙萬物的基本單元并不是電子夸克的基本粒子,而是弦,比基本粒子更小的弦。弦會一直振動,振動形式的不同就會產(chǎn)生不同的基本粒子。 之后弦理論在不斷發(fā)展過程中又出現(xiàn)了各種不同的分支,但是由于弦理論太復(fù)雜,目前基本上還是停留在數(shù)學(xué)層面的推算,而且推算過程相當(dāng)復(fù)雜,很難被最終證實。 當(dāng)然,科學(xué)家們對微觀世界的探索不會停止,他們渴望找到引力的傳播子,引力子,然后統(tǒng)一自然界四大作用力。 |
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