第11章 基本粒子和自然的力(1)[第1页/共4页]

当时就有人思疑，这些原子毕竟不是不成豆割的。几年前，一名剑桥大学三一学院的研讨员汤姆孙演示了一种称为电子的物质粒子存在的证据。电子具有的质量比最轻原子的一千分之一还小。他利用了一种和当代电视显像管相称近似的装配：由一根红热的金属细丝发射出电子，因为它们带负电荷，可用电场将其朝一个涂磷光物质的屏幕加快。电子一打到屏幕上就会产生一束束的闪光。人们很快即认识到，这些电子必然是从原子本身里出来的。新西兰物理学家恩斯特・卢瑟福在1911年最后证了然物质的原子确切具有内部布局：它们是由一个极其藐小的带正电荷的核以及环绕着它公转的一些电子构成。他阐发从放射性原子开释出的带正电荷的α粒子和原子碰撞会引发偏转的体例，从而推出这一结论。

一个大的物体，比方地球或太阳，包含了几近等量的正电荷和负电荷。如许，因为伶仃粒子之间的吸引力和架空力几近全被抵消了，是以两个物体之间净的电磁力非常小。

现在我们晓得，不管是原子还是此中的质子和中子都不是不成分的。题目在于甚么是真正的根基粒子――构成天下万物的最根基的构件？因为光波波长比原子的标准大很多，我们不能希冀以凡是的体例去“看”一个原子的部分。我们必须用某些波是非很多的东西。正如我们在上一章所看到的，量子力学奉告我们，实际上统统粒子都是波，粒子的能量越高，则其对应的波的波长越短。以是，我们能对这个题目给出的最好的答复，取决于我们装配中的粒子能量有多高，因为这决定了我们能看到的标准有多小。这些粒子的能量凡是用叫做电子伏特的单位来测量。

用上一章会商的波粒二象性，包含光和引力的宇宙中的统统都能以粒子来描述。这些粒子有一种称为自旋的性子。考虑自旋的一个别例是将粒子设想成环绕着一个轴自转的小陀螺。但是，这能够会引发曲解，因为量子力学奉告我们，粒子并没有任何表面清楚的轴。粒子的自旋真正奉告我们的是，从分歧的方向看粒子是甚么模样的。一个自旋为0的粒子像一个点：从任何方向看都一样 。另一方面，自旋为1的粒子像一个箭头：从分歧方向看是分歧的 。只要把它转过一整圈 时，这粒子才显得一样。自旋为2的粒子像个双头的箭头 ：只要把它转过半圈 ，它看起来便一样。近似地，把更高自旋的粒子转了整圈的更小的部分后，它看起来便一样。统统这统统都是如许的直截了当，但惊人的究竟是，把有些粒子转过一圈后，它仍然显得分歧：你必须使其转两整圈！如许的粒子就说具有1/2的自旋。

现在我们晓得，任何粒子都有会和它相泯没的反粒子。

亚里士多德信赖宇宙中的统统物质由四种根基元素即土、气、火和水构成。有两种力感化在这些元素上：引力，这是指土和水往下沉的趋势；浮力，这是指气和火往上升的偏向。将宇宙的内容豆割成物质和力的这类做法一向因循至今。

（对于照顾力的粒子，反粒子即为其本身）。也能够存在由反粒子构成的全部反天下和反人。但是，如果你碰到了反本身，重视不要握手！不然，你们两人都会在一个庞大的闪光中消逝殆尽。为何我们四周的粒子比反粒子多很多是一个极度首要的题目，我将会在本章的后部分回到这题目上来。

直到保罗・狄拉克在1928年提出一个实际，人们才对电子和其他自旋1/2的粒子有了精确的了解。狄拉克厥后被选为剑桥的卢卡斯数学传授（牛顿曾经担负这一教席，目前我担负这一职务）。狄拉克实际是第一种既和量子力学又和狭义相对论相分歧的实际。它在数学上解释了为何电子具有1/2的自旋，也即为甚么将其转一整圈不能、而转两整圈才气使它显得一样。它还预言了电子必须有它的妃耦――反电子或正电子。1932年正电子的发明证明了狄拉克的实际，他是以获得了1933年的诺贝尔奖。