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通俗科普:物体可以无限分割吗?微观粒子到底是由什么构成的?

万物到底能不能一直分割下去?如果一直分割下去会发生什么?

我国古代的《庄子.天下》里就有这样的表述:一尺之棰,日取其半,万世不竭。意思就是:一根木棍,每天截取它的一半,永远都截不完。

物理学上也有同样的困惑,物理学家们很想知道,一个物体到底能不能被无限分割?

于是他们就开始用各种方法探索微观世界,试图对各种微观粒子进行分割。现代物理实验室中,基本上都是用大型粒子对撞机对微观粒子进行碰撞,看能不能碰撞出更小的微观粒子。

一开始,物理学家们认为原子就是最小的微观粒子,原子是不可再分的。但随着人类科技水平的提升,发现即便是原子也有自己的内部结构。

卢瑟福通过α粒子散射实验发现了原子内部结构,是由原子核和核外电子组成的。之后科学家相继发现了更多的微观粒子,比如说质子,中子,还有更小的夸克等。

质子和中子都是由三个夸克组成的,不同是的,质子包含两个上夸克一个下夸克,而中子是由两个下夸克和一个上夸克组成的。

电子和夸克都是基本粒子,都是不可再分的,起码目前的科学界是这样认为的。

随着越来越多的基本粒子被发现,物理学家们也建立起了粒子标准模型,把所有已知的微观粒子进行了分类。

总的来说,微观世界存在着两种粒子:费米子和玻色子,存在四种基本作用力:强力,弱力,电磁力和引力。

什么是费米子?就是组成物质的基本粒子,包括电子,夸克,轻子等。

何为玻色子?就是传播各种力的玻色子,上面所说的四种作用力都是靠玻色子进行传递的。具体来讲,传递引力的是引力子(目前没有找到),传递电磁力的是光子,传递强力的是胶子,传递弱力的是玻色子。还有一种玻色子叫“上帝粒子”,它让所有粒子(费米子)拥有了质量。

简单讲,费米子就是不可再分的基本粒子。同时,费米子需要遵循泡利不相容原理:两个或两个以上的费米子不能同时出现在相同的量子状态里。

所以说,我们的世界构成其实很简单,就是由费米子和传递自然作用力的玻色子组成的。

不过粒子标准模型也有瑕疵,比如说传递引力的引力子一直没有找到,引力子目前还只是一个假设概念。

不过物理学家有更大更疯狂的追求:自然界四种基本作用力能不能统一起来,用一种理论来诠释呢?

弦理论的横空出世让物理学界眼前一亮。按照弦理论的诠释,微观世界的所有基本粒子都可以用不断振动的弦组成,有开放的弦和闭合弦两种。弦振动方式的不同会形成不同的基本粒子。

弦理论目前还只是一种假想理论,目前还尚未得到证实,因为弦是比基本粒子更小的存在,很难在实验室中观察它的存在。

但是物理学家们一直在努力探索,通过更强大的粒子对撞机对各种基本粒子进行轰击,然后通过高灵敏度的仪器分析轰击后的各种碎片,看看有没有更小的基本粒子存在。

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