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组成万物的微观粒子到底是什么?给你最通俗的解释!
来源: 宇宙探索 发布于:2023-06-24 09:56:28

每天一睁眼,我们都能看到丰富多彩的世界。但是你有没有想过,我们所在的宏观世界到底是由什么组成的,如果把一个物体无限分割下去,最终会得到什么呢?

科学家们也有这样的困惑,于是他们开始不断探索微观世界,试图找到组成宏观世界的基本单元。

在探索微观世界的过程中,科学家发现了各种粒子,也知道了微观基本粒子是组成万事万物的基本元素,是万物的基础。


(资料图)

基本粒子比分子和原子小得多,即便是现代最高倍的显微镜也很难直接观察到它们的存在,但科学家们有的是办法找到它们存在的证据。

在19世纪中叶,科学家普吕克做了一个这样的实验。

首先他准备了一个玻璃管,把玻璃管里面的空气尽可能抽干净,然后在试管的两端安装电极板,输入上千伏的电压。

之后普吕克有了惊人的发现:阴极试管壁上不断闪烁绿色的光,但是他并没有看到有任何东西发射出来。

绿色的光到底是什么呢?科学家们说法不一,但根据他们的经验,答案只有两个:波或者粒子。

接下来的几十年里,科学家们不断对普吕克的实验进行各种改进。19世纪末约瑟夫·约翰·汤姆森在阴极射线加了磁场或电场,发现射线的轨迹出现偏转,由此他给出这样的结论,阴极射线是某种带负电的粒子。

然后约瑟夫·约翰·汤姆森不断调节电场或者磁场的强度方向,计算出阴极射线的速度,然后计算出这种负电粒子的荷质比。

得出的荷质比结果让汤普森感到吃惊,因为这个荷质比实在太大了,达到氢荷质比的1836倍,荷质比预测,带负电的粒子肯定是某种新粒子。

汤普森根据他的实验结果发表了相关论文报告,宣称自己发现了全新的粒子,也就是电子,比原子更小的粒子。

电子的发现,是人类探索微观世界的又一个里程碑。

之后,科学家不断深入探索微观世界和微观粒子,用α粒子轰击核,又发现了中子,发现原子核由中子和质子组成的,并把中子和质子称为基本粒子。

经过半个多世纪的不断探索,科学家们发现了多达近百种基本粒子。同时,随着粒子加速器的应用,不断有新的基本粒子被发现。

随着越来越多的基本粒子浮出水面,一开始科学家们很高兴,认为他们很快就会探索发现微观世界的本质,但结果事与愿违,他们发现基本粒子实在太多了,比元素种类还要多,而且还相当混乱,科学家们一时间不知道该如何把那些基本粒子进行分类。

后来经过科学家们的不懈努力,建立了标准粒子模型,把看起来非常混乱,数量众多的基本粒子进行了归类。

之所以建立标准粒子模型,是因为科学家想更好地统一自然界四种基本作用力,分别是引力,电磁力,强力和弱力。

根据标准粒子模型,虽然微观粒子很多,但总体可以分为两大类:费米子和玻色子。

费米子很好理解,就是我们通常所说的基本粒子,比如说电子,夸克等,也就是组成物质的基本单元。

而玻色子是负责传递基本作用力的粒子,也被称为传播子或者媒介子,费米子通过玻色子传播基本作用力而连接在一起。比如说中子和质子都是由三个夸克组成,三个夸克之间通过胶子传递强力粘结在一起,胶子就是玻色子。

玻色子可以分为四种,分别是引力子负责传递引力,光子负责传递电磁力,胶子负责传递强力,玻色子负责传递弱力。四类玻色子中,除了引力子之外,其他玻色子都已经被发现。

当然,还有一个更重要的粒子,希格斯玻色子,也被称为上帝粒子,能够赋予基本粒子以质量。

费米子都遵循泡利不相容原理,也就是说,两个及两个以上的费米子不能拥有相同的量子状态。同时,根据标准粒子模型,费米子是基本粒子,不能分割为更小的粒子,起码根据目前的理论我们做不到这点。

费米子又可以分为两大类,分别是夸克和轻子,这两类费米子又可以分为24种味,也就是24种属性。

能够看出,宇宙万事万物的本质其实很简单,都是由费米子构成的,费米子又通过玻色子相互粘结在一起,基本粒子的数量和结合方式的不同呈现出了丰富多彩的大千世界。

不过标准粒子模型有一个很大的痛点,传播引力的引力子一直没有找到,引力子的概念也只是一个假设的概念。

为了尽快统一自然界四种基本作用力,科学家花费了几十年时间,仍旧没有找到引力子。之后有维内奇诺等科学家提出了更为前沿的弦理论。

弦理论认为,组成宇宙万物的基本单元并不是电子夸克的基本粒子,而是弦,比基本粒子更小的弦。弦会一直振动,振动形式的不同就会产生不同的基本粒子。

之后弦理论在不断发展过程中又出现了各种不同的分支,但是由于弦理论太复杂,目前基本上还是停留在数学层面的推算,而且推算过程相当复杂,很难被最终证实。

当然,科学家们对微观世界的探索不会停止,他们渴望找到引力的传播子,引力子,然后统一自然界四大作用力。

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