首页 量子和粒子物理学何以解释一切

第11章 走入歧途

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问一个很难的问题

到目前为止,本书都在随意地使用“粒子”这个词。现在是时候确定下来了。如果想认真地讨论粒子物理,就需要确定我们谈论的“粒子”究竟是什么。

物理学家给粒子下的最简单的定义是:“稳定而不自发分裂的东西。”从这个意义上讲,你的身体就是一个巨大的粒子,因为你的手臂(通常)不会随机地分裂,所以你符合这个定义。

当然,你的身体是一种复合粒子,因为人体倾向于保持稳定,但也可以分解成更小的粒子—器官,器官也很稳定。器官可以分解成叫作“细胞”的粒子,而细胞又可以进一步分解成分子和原子。原子由质子、中子和电子组成。

据我们所知,电子不能继续分解成更小的物质。电子不是由“亚电子粒子”构成的,却能保持稳定。电子不同于原子、分子和细胞,它是一种非常特殊的粒子。它没有亚结构,因此是真正的基本粒子。

了不起的法拉第先生

基本粒子的故事起源于19世纪初,当时最伟大的科学表演者迈克尔·法拉第开启了它。法拉第生长在贫穷的铁匠家庭,但他相信科学属于任何对它感到好奇的人。为此,法拉第开始在英国皇家研究所发表关于科学的公开演讲,他讲的化学反应和物理现象给听众留下了深刻的印象。正是在这些演讲中,他最早揭示了对磁的发现。磁是一种独特的力。

磁可以穿越真空,可以吸引或排斥其他磁体,而不需要中间任何东西传递信号。磁力也可以穿过实体屏障,这是很特殊的,因为其他力都必须通过推拉与物体直接接触(1)。

今天我们生活在手机和Wi-Fi(无线网络)被普及的世界里,所以磁似乎没什么了不起的,但在19世纪初,不通过接触就能影响事物,这种概念无异于巫术。为了解释磁铁的工作原理,法拉第让人们把磁想象成由“场”构成,而不是由物质构成的。