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      微觀粒子到底是什么東西?給你通俗的解釋!

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      我們每天看到的大千世界是由什么組成的?

      在上千年前的古代,人們就開始思考這樣的問題。比如說《莊子·天下》中就提出了這樣的思想:一尺之棰,日取其半,萬世不竭。這樣的思想并不完全屬于科學范疇,已經上升到了哲學范疇。



      簡單理解就是,一根木棍,每次砍掉一半,一直分割下去,最終會得到什么?會有終點嗎?

      到了近現代,隨著物理學的不斷發展,物理學家們意識到,宏觀物體都有是微觀粒子組成的。一開始人們認為原子就是最小的基本粒子,不可分割,萬物都是由原子組成的。

      不過,隨著物理學家們對微觀領域的深入探索,發現了更基本的粒子。比如說,盧瑟福的阿爾法粒子散射實驗,讓我們知道了原子也擁有自己的內部結構。



      很快,人們意識到了原子是由致密的原子核和核外電子組成的,而原子核又是由質子和不帶電的中子組成的,質子和中子都是由三個夸克組成。而由于夸克禁閉的存在,我們并不能直接觀測到夸克的存在。

      像電子,夸克和光子等粒子,都被認為是基本粒子,是不可再分的,起碼目前人類的科技水平不能把電子等基本粒子繼續細分。

      但是,基本粒子不僅僅有電子,夸克和光子,還有很多種,有多達上百種基本粒子。而且,隨著大型粒子對撞機的應用,更多的基本粒子被發現了。

      科學家們原本希望給物質世界一個很簡明了的描述,沒想到結果變得越來越復雜,越來越多的基本粒子被發現,顯得如此臃腫混亂。

      這種混亂局面也促使物理學家們建立起新的學科,粒子物理學,也就是粒子標準模型的建立,根據基本粒子的質量以及相互作用關系,進行系統的分類。

      粒子標準模型的建立,讓我們對基本粒子有了更清晰明了的認知。



      總體來看,所有的基本粒子都可以分為兩大類,分別是費米子和玻色子。

      費米子,其實就是我們平時說的基本粒子,通俗來講就是把一個物體不斷分割,最后剩下的就是費米子。



      而玻色子復雜傳遞各種基本作用力,相當于“膠水”的作用,把費米子粘結起來,形成更大的宏觀物體。

      打個比方就更好理解了,費米子相當于磚頭,而玻色子相當于水泥,磚頭通過水泥粘結在一起,組建成各式各樣的高樓大廈。



      總體來講,有四種(規范)玻色子,分別是光子,引力子,膠子和玻色子。這四種玻色子分別傳遞電磁力,引力,強力和弱力。其中引力子目前還只是假想粒子,人類并沒有找到引力子存在的證據。



      除了以上四種(規范)玻色子外,還有一種非常重要的玻色子:希格斯玻色子,也被稱為“上帝粒子”,正是希格斯玻色子(希格斯粒子)賦予了基本粒子以質量。

      所有的費米子都遵從泡利不相容原理:兩個及以上的費米子不能出現在相同的量子態。

      同時,基本的費米子又可以分為兩大類:夸克和輕子。而夸克和輕子共同24種“味”,當然不是我們平時所說的“味道”,而是“屬性”。

      這就是萬物的組成,都是由基本的費米子和玻色子組成的,其中希格斯玻色子賦予基本粒子質量。

      不過,物理學家們有更高的追求,他們致力于把四種基本作用力統一起來,同時還在追問更深層的問題:電子和夸克等基本粒子是否能夠繼續分割?是否也擁有自己的內部結構?



      在探索上述問題的過程中,前沿的弦理論也問世了。弦理論表明,自然界里的最基本單元并不是夸克和電子等基本粒子,而是一種被叫作“弦”的東西。弦的尺度比電子夸克更小。

      弦會不停地振動,有閉合的也有不閉合的,而弦振動形式的不同就會形成不同的基本粒子。

      不過,由于弦理論太過深奧,往往牽扯到復雜的數學運算,很難在實驗中得到證實,因此弦理論目前更多的還是停留在推測猜想階段,并沒有被完全證實。

      還有一種觀點認為,世界的本質是“場”,這就是所謂的“量子場論”,這個理論甚至能夠詮釋宇宙的起源。

      量子場論認為,宇宙誕生之前就存在某種狀態,充滿了各種基本場的狀態,比如說,電子場,中子場,希格斯場等,這些場都處于穩定的基態,就像波瀾不驚的大海那樣。其實我們可以通俗理解為“混沌”狀態。



      不過由于不確定性的存在,處于基態的場總是會受到擾動而成為激發態的場,就像波瀾不驚的大海突然變得洶涌澎湃,受到激發的場就會形成各種基本粒子,電子場受到激發形成電子,中子場受到激發形成中子。我們可以通俗理解為基本粒子就是洶涌澎湃的大海濺起的“小水珠”。



      然后那些基本粒子通過各種相互作用,結合在一起,形成豐富多彩的宏觀世界。

      而由于場都具有一定的能量,即便是基態的場也擁有最基本的能量,因此我們可以認為,基本粒子其實就是“能量包”,能量的濃縮!

      包括你我在內的世界萬物本質來講,其實都是能量!

      到這里,你肯定會問:一開始那些處于基態的場是怎么來的呢?

      這個問題已經不單單是科學問題了,也是哲學問題,因為如此追問下去,一定是沒有答案的,一定會走進死胡同。

      按照現代科學的詮釋,絕對的“無”是不存在的,總是要存在“某些東西”的,這也是量子力學不確定性決定的,而這里的“某些東西”就是處于基態的場。

      宇宙一開始就充滿了各式各樣的場,交織在一起,一片“混沌”狀態?;蛟S,世界真的起源于這種混沌狀態。

      講到這里,也不禁感慨我們老祖宗的智慧,他們早就提出了某種“混沌”狀態,雖然只是相當抽象的“混沌”狀態,但至少在哲學層面促使我們對宇宙起源進行更深層的思考!

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