所有的东西都可以一直分下去吗?继续分下去会怎么样?
中国古代《庄子.天下》有这样的表述:
一尺之棰,日取其半,万世不竭。意思是:一根木棍,每天截一半,永远也截不完。
物理学也有同样的困惑。物理学家很想知道一个物体是否可以无限分割。
于是他们开始用各种方法探索微观世界,试图分割各种微观粒子。在现代物理实验室里,基本上都是用大型粒子对撞机来对撞微观粒子,看看更小的微观粒子能不能被对撞。
起初,物理学家认为原子是最小的微观粒子,它们是不可分的。但是随着人类科技的提高,发现即使是原子也有自己的内部结构。
穿过卢瑟福
粒子散射
原子的内部结构是通过实验发现的,由原子核和核外电子组成。后来,科学家发现了更多的微观粒子,如质子、中子和更小的夸克
质子和中子都是由三个夸克,组成的区别是,质子由两个上夸克和一个下夸克,组成,而中子由两个下夸克和一个上夸克组成
电子和夸克是基本粒子,它们是不可分的,至少目前的科学界是这样认为的。
随着越来越多基本粒子的发现,物理学家也建立了粒子标准模型,并对所有已知的微观粒子进行了分类。
一般来说,微观世界有两种粒子:费米子和玻色子,有四种基本力:强力、弱力、电磁力和引力。
什么是费米子?它是物质的基本粒子,包括电子、夸克,轻子等。
什么是玻色子?就是传播各种力的玻色子。上面提到的四种力都是由玻色子传递的。具体来说,是引力子(尚未发现)传递引力,光子传递电磁力,胶子传递强力,玻色子传递弱力。还有一种玻色子叫“上帝粒子”,赋予所有粒子(费米子)质量。
简单来说,费米子是不可分的基本粒子。同时,费米子要遵循泡利不相容原理:两个或两个以上的费米子不能同时出现在同一个量子态。
所以我们这个世界的组成其实很简单,就是由传递自然力的费米子和玻色子组成。
然而,粒子标准模型也有缺陷。例如,传递重力的引力子,从未被发现,而引力子仍然只是一个假设的概念。
然而,物理学家有一个更大更疯狂的追求:自然界的四种基本力能否用一个理论统一解释?
弦理论的出现让物理学界眼前一亮。根据弦理论的解释,微观世界中所有的基本粒子都可以由不断振动的弦组成,包括开弦和闭弦。弦的不同振动模式会形成不同的基本粒子。
目前弦理论还只是一个假设的理论,还没有得到证实,因为弦比基本粒子小,在实验室里很难观察到它的存在。
但是物理学家一直在尝试探索,用更强大的粒子对撞机轰击各种基本粒子,然后用高灵敏度的仪器分析轰击后的各种碎片,看看有没有更小的基本粒子。
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