第11章 基本粒子和自然的力(1)[第1页/共4页]

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。

现在我们晓得，任何粒子都有会和它相泯没的反粒子。

夸克这个字应发夸脱的音，但是最后的字母是k而不是t，凡是和拉克（云雀）相压韵。

（在汤姆孙的电子尝试中，我们看到他用一个电场去加快电子，一个电子从一个伏特的电场合获得的能量便是一个电子伏特。）19世纪，当人们晓得如何去利用的粒子能量只是由化学反应――诸如燃烧――产生的几个电子伏特的低能量时，大师觉得原子便是最小的单位。在卢瑟福的尝试中，α粒子具有几百万电子伏特的能量。更晚的期间，我们得悉如何利用电磁场给粒子供应起首是几百万，然后是几十亿电子伏特的能量。如许我们晓得，30年之前觉得是“根基”的粒子，究竟上是由更小的粒子构成。如果我们操纵更高的能量时，是否会发明这些粒子是由更小的粒子构成的呢？这必然是能够的。但我们确切有一些实际上的启事，信赖我们已经具有，或者说靠近具有天然的终究构件的知识。

亚里士多德信赖物质是持续的，也就是说，人们能够将物质无穷制地豆割成越来越小的小块。即人们永久不成能获得一个不成再豆割下去的最小颗粒。但是几个希腊人，比方德谟克里特，则对峙物质具有固有的颗粒性，并且以为每一件东西都是由大量的各种分歧范例的原子构成（原子在希腊文中的意义是“不成分的”）。争辩一向持续了几个世纪，任何一方都没有任何实际的证据。但是1803年英国的化学家兼物理学家约翰・道尔顿指出，化合物老是以必然的比例连络而成的，这一究竟能够用由原子聚合一起构成称作分子的个别来解释。但是，直到本世纪初这两种学派的争辩才以原子论者的胜利而告终。爱因斯坦供应了此中一个首要的物理学证据。1905年，在他关于狭义相对论的闻名论文颁发前的几周，他在颁发的另一篇文章里指出，所谓的布朗活动――浮在液体中灰尘小颗粒的没法则随机活动――能够解释为液体原子和灰尘粒子碰撞的效应。

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。

宇宙间统统已知的粒子能够分红两组：自旋为1/2的粒子，它们构成宇宙中的物质；自旋为0、1和2的粒子，正如我们将要看到的，它们在物质粒子之间产生力。物质粒子从命所谓的泡利不相容道理。这是奥天时物理学家沃尔夫冈・泡利在1925年发明的，他是以而获得1945年的诺贝尔奖。他是个原型的实际物理学家，有人如许说，他的存在乃至会使同一都会里的尝试出弊端！泡利不相容道理是说，两个近似的粒子不能存在于不异的态中，也就是说，在不肯定性道理给出的限定下，它们不能同时具有不异的位置和速率。不相容道理是非常关头的，因为它解释了为何物质粒子，在自旋为O、1和2的粒子产生的力的影响下，不会坍缩成密度非常高的状况的启事：如果物质粒子几近处在不异的位置，则它们必须有分歧的速率，这意味着它们不会长时候存在于不异的位置。如果天下在没有不相容道理的景象下创生，夸克将不会构成分离的表面清楚的质子和中子，进而这些也不成能和电子构成分离的表面清楚的原子。它们全数都会坍缩构成大抵均匀的稠密的“汤”。