第11章 基本粒子和自然的力(1)[第3页/共4页]

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。

（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。

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。

最后，人们以为原子核是由电子和分歧数量的带正电的叫做质子的粒子构成。质子是由希腊文中表达“第一”

的词演变而来的，因为质子被以为是构成物质的根基单位。但是，1932年卢瑟福在剑桥的一名同事詹姆斯・查德威克发明，原子核还包含别的称为中子的粒子，中子几近具有和质子一样大的质量但不带电荷。查德威克因这个发明获得诺贝尔奖，并被选为剑桥龚维尔和基斯学院（我即为该学院的研讨员）院长。厥后，他因为和其别人反面而辞去院长的职务。一群战后返来的年青的研讨员将很多已占有位置多年的老研讨员选掉后，曾有过一场狠恶的辩论。这是在我去之前产生的；我在这场争辩序幕的1965年才插手该学院，当时另一名获诺贝尔奖的院长奈维尔・莫特爵士也因近似的争辩而辞职。

第一种力是引力，这类力是万有的，也就是说，每一个粒子都因它的质量或能量而感遭到引力。引力比其他三种力都弱很多。它是如此之弱，它若不具有两个特别的性子，我们底子就不成能重视到：它能感化到大间隔去，以及它老是吸引的。这意味着，在像地球和太阳如许两个庞大的物体中，伶仃粒子之间的非常弱的引力能都叠加起来而产生相称大的力量。其他三种力要么是短程的，要么时而吸引时而架空，以是它们偏向于相互抵消。以量子力学的体例来对待引力场，人们把两个物质粒子之间的力描述成由称作引力子的自旋为2的粒子照顾的。它本身没有质量，以是照顾的力是长程的。太阳和地球之间的引力能够归结为构成这两个物体的粒子之间的引力子互换。固然所互换的粒子是虚的，它们确切产生了可测量的效应――它们使地球环绕着太阳公转！实引力子构成了典范物理学家称之为引力波的东西，它是如此之弱――并且要探测到它是如此之困难，乃至于还向来未被观察到过。