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我们每天看到的大千世界是由什么组成的?
在上千年前的古代,人们就开始思考这样的问题。比如说《庄子·天下》中就提出了这样的思想:一尺之棰,日取其半,万世不竭。这样的思想并不完全属于科学范畴,已经上升到了哲学范畴。
简单理解就是,一根木棍,每次砍掉一半,一直分割下去,最终会得到什么?会有终点吗?
到了近现代,随着物理学的不断发展,物理学家们意识到,宏观物体都有是微观粒子组成的。一开始人们认为原子就是最小的基本粒子,不可分割,万物都是由原子组成的。
不过,随着物理学家们对微观领域的深入探索,发现了更基本的粒子。比如说,卢瑟福的阿尔法粒子散射实验,让我们知道了原子也拥有自己的内部结构。
很快,人们意识到了原子是由致密的原子核和核外电子组成的,而原子核又是由质子和不带电的中子组成的,质子和中子都是由三个夸克组成。而由于夸克禁闭的存在,我们并不能直接观测到夸克的存在。
像电子,夸克和光子等粒子,都被认为是基本粒子,是不可再分的,起码目前人类的科技水平不能把电子等基本粒子继续细分。
但是,基本粒子不仅仅有电子,夸克和光子,还有很多种,有多达上百种基本粒子。而且,随着大型粒子对撞机的应用,更多的基本粒子被发现了。
科学家们原本希望给物质世界一个很简明了的描述,没想到结果变得越来越复杂,越来越多的基本粒子被发现,显得如此臃肿混乱。
这种混乱局面也促使物理学家们建立起新的学科,粒子物理学,也就是粒子标准模型的建立,根据基本粒子的质量以及相互作用关系,进行系统的分类。
粒子标准模型的建立,让我们对基本粒子有了更清晰明了的认知。
总体来看,所有的基本粒子都可以分为两大类,分别是费米子和玻色子。
费米子,其实就是我们平时说的基本粒子,通俗来讲就是把一个物体不断分割,最后剩下的就是费米子。
而玻色子复杂传递各种基本作用力,相当于“胶水”的作用,把费米子粘结起来,形成更大的宏观物体。
打个比方就更好理解了,费米子相当于砖头,而玻色子相当于水泥,砖头通过水泥粘结在一起,组建成各式各样的高楼大厦。
总体来讲,有四种(规范)玻色子,分别是光子,引力子,胶子和玻色子。这四种玻色子分别传递电磁力,引力,强力和弱力。其中引力子目前还只是假想粒子,人类并没有找到引力子存在的证据。
除了以上四种(规范)玻色子外,还有一种非常重要的玻色子:希格斯玻色子,也被称为“上帝粒子”,正是希格斯玻色子(希格斯粒子)赋予了基本粒子以质量。
所有的费米子都遵从泡利不相容原理:两个及以上的费米子不能出现在相同的量子态。
同时,基本的费米子又可以分为两大类:夸克和轻子。而夸克和轻子共同24种“味”,当然不是我们平时所说的“味道”,而是“属性”。
这就是万物的组成,都是由基本的费米子和玻色子组成的,其中希格斯玻色子赋予基本粒子质量。
不过,物理学家们有更高的追求,他们致力于把四种基本作用力统一起来,同时还在追问更深层的问题:电子和夸克等基本粒子是否能够继续分割?是否也拥有自己的内部结构?
在探索上述问题的过程中,前沿的弦理论也问世了。弦理论表明,自然界里的最基本单元并不是夸克和电子等基本粒子,而是一种被叫做“弦”的东西。弦的尺度比电子夸克更小。
弦会不停地振动,有闭合的也有不闭合的,而弦振动形式的不同就会形成不同的基本粒子。
不过,由于弦理论太过深奥,往往牵扯到复杂的数学运算,很难在实验中得到证实,因此弦理论目前更多的还是停留在推测猜想阶段,并没有被完全证实。
还有一种观点认为,世界的本质是“场”,这就是所谓的“量子场论”,这个理论甚至能够诠释宇宙的起源。
量子场论认为,宇宙诞生之前就存在某种状态,充满了各种基本场的状态,比如说,电子场,中子场,希格斯场等,这些场都处于稳定的基态,就像波澜不惊的大海那样。其实我们可以通俗理解为“混沌”状态。
不过由于不确定性的存在,处于基态的场总是会受到扰动而成为激发态的场,就像波澜不惊的大海突然变得汹涌澎湃,受到激发的场就会形成各种基本粒子,电子场受到激发形成电子,中子场受到激发形成中子。我们可以通俗理解为基本粒子就是汹涌澎湃的大海溅起的“小水珠”。
然后那些基本粒子通过各种相互作用,结合在一起,形成丰富多彩的宏观世界。
宇宙一开始就充满了各式各样的场,交织在一起,一片“混沌”状态。或许,世界真的起源于这种混沌状态。
讲到这里,也不禁感慨我们老祖宗的智慧,他们早就提出了某种“混沌”状态,虽然只是相当抽象的“混沌”状态,但至少在哲学层面促使我们对宇宙起源进行更深层的思考!
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