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第4章 疑問三,粒子物理的困惑

近代物理學對物質的認知,是物理必修課,一團米很熟悉,他總結了一下:物質由原子構成,原子由質子、中子和電子構成,質子和中子由更小的粒子誇克構成。

這是物理常識。

1899年,湯姆遜在做光電效應實驗與熱離子發射實驗時,才確認發現了第一種基本粒子——電子。

1909年,盧瑟福做α粒子散射實驗時,發現大部分粒子都穿過了金箔,隻有極少數粒子出現了偏離和回彈,根據這個散射情況,盧瑟福估計原子中有一個極小但是質量極大的核,它占據了幾乎所有原子的質量,但尺寸卻很小。

這是原子核的發現。

1919年,盧瑟福用α粒子與氮氣碰撞,發現了氫原子核,因而發現了質子。

盧瑟福在發現質子後提出了中子可能存在,他的學生查德維克以α粒子轟擊硼-10原子核,得到氮-13原子核和一種新射線,他認為這種新輻射是由一種質量近似於質子的中性粒子產生。

這種中性粒子被稱為中子。

中子和質子依然可以再分,後來確定了粒子物理標準模型,最近發現的粒子是希格斯玻色子,於2012年發現。

粒子物理學中的標準模型認為,物質是由62種基本粒子(引力子未被證實)構成的。

這62種粒子分為兩種:費米子和玻色子。

費米子又分為誇克和輕子兩大類,電子和中微子都屬於輕子,它們是構成物質的基本粒子。

玻色子也分為兩類,一類是規範玻色子,負責傳遞相互作用;另一類是標量玻色子(希格斯玻色子),通過希格斯機製賦予粒子質量。

原子核內有質子、中子,加上電子,構成原子。

氫是最基礎的物質,隨著誇克數量疊加,構成了所有的元素,再組合成紛繁的物質。

當然,現代物理學的發展史,也是一個不斷增加定律和條框的約束史:伽利略用望遠鏡觀天,建立了自由落體定律和慣性定律,並進行了關於運動的實驗。

牛頓發表的《自然哲學的數學原理》,提出了三大運動定律和萬有引力定律,建立了經典力學體係。

由空間、時間和粒子構成了對宇宙的認知。

法拉第和麥克斯韋,劃出了電磁場的概念,表明宇宙是由空間中的粒子和場組成。

愛因斯坦創立了狹義相對論和廣義相對論,建立了新的時空觀,提出著名的質能關係式(E=mc²)。

宇宙由時空引力場,電磁力場和粒子構成,空間和時間合併到一起。

原子、質子、中子、電子、誇克的命名,元素的定義,引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力的劃分,暗物質、暗能量的研究,物理學與生命科學的交叉,量子力學的發展。

中微子、黑洞、弦論,五維、十維空間等等,但隨著研究的深入,在科學的框框內,科學家卻感到越來越困惑,研究成果越來越接近科學之外的神學。

張三問望著夜空中的星辰,感慨道:對粒子物理的研究,不僅揭示了物質的基本構成,還為我們理解自然界的基本規律提供了重要的線索。

每一種粒子的發現都為我們打開了新的認知之門,然而,隨著研究的深入,我們也發現粒子世界的複雜性遠超我們的想象,這使得我們對粒子物理的理解仍然充滿挑戰,這些疑問,引領著科學家們不斷地深入探索。

對粒子物理的疑問和困惑真的很多。

第一個:1909年,盧瑟福做α粒子散射實驗時,發現大部分粒子都穿過了金箔,隻有極少數粒子出現了偏離和回彈,估計原子中有一個極小但是質量極大的核,發現了原子核。

一百多年過去了,也有許多人提出疑問,極少數粒子出現了偏離和回彈,就一定是實體的核的反作用嗎,如果原子中心不是實體核,而是某種機製存在,發生了反彈,產生了這個效果呢。

第二個:標準模型是不是完全正確。

如果物質本源是單一的,在單一的基礎上,不斷疊加組成了複合物質,進而構成了宇宙萬物。

那麼,目前的物質分類,就如同我們捧起了一把沙子,大小形狀不一的沙子有不同的作用,但都是沙子,有必要把它分成62種嗎?

第三個:隨著更深入的探索,物質再分下去是什麼?

原子的中心—原子核,質子、中子、電子及誇克,是人為進行劃分的,能不能再分,由什麼構成?

第西個:原子為什麼是電中性的,正電荷與負電荷從哪裡來,為什麼會這樣?

第五個:愛因斯坦質能方程及核反應實踐,質量會轉化為能量釋放出來,釋放的能量相當於質量乘以光速的平方,這個能量是非常巨大的,但粒子怎樣儲存了這麼大的能量。

第六個:中微子可以穿透星球。

每秒鐘有接近1萬億個這種粒子穿過我們每個人的身體,我們卻根本無法察覺感知到。

如果物質是實體的粒子,不管多小,無法感知是不可想象的,但事實卻是這種現象實際存在。

從哥白尼、伽利略到牛頓、愛因斯坦,科學一首在不斷進步,以前年代的科學理論,有的己經成為了一個科學進步階梯中的學說。

微觀的中微子、量子力學等理論,使世界謎團越來越多。

“大小、多少都是相對的,要想真正地理解物質,必須與物質原子成為一體,來感知!”

張三問又有了新思路。

“對,可以利用金字塔的天人合一感知能力。”

一個聲音在迴盪。

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