按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
物理学家的观点
1、物理学家的看法
（引用于《时间简史》和百度百科，维基百科）
物质的最小构件
上过中学的朋友门都应该知道，物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，那么原子是怎么构成的呢？原子由一个极其微小的带正电荷和核以及围绕着它公转的一些电子组成。原子核是由带正电的质子和中性粒子………中子组成。
1964年，美国物理学家默里&；#8226；盖尔曼和G。茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——Quark组成的。它们具有分数电荷，是基本电量的2/3或…1/3倍，自旋为1/2。夸克一词是盖尔曼取自詹姆斯&；#8226；乔埃斯的小说《芬尼根彻夜祭》的词句“为马克检阅者王，三声夸克（Three quarks for Muster Mark）”。夸克在该书中具有多种含义，其中之一是一种海鸟的叫声。他认为，这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法，同时他也指出这只是一个笑话，这是对矫饰的科学语言的反抗。另外，也可能是出于他对鸟类的喜爱。
最初解释强相互作用粒子的理论需要三种夸克，叫做夸克的三种味（fl*or），它们分别是上夸克（up；u）、下夸克（down；d）和奇异夸克（strange；s）。1974年发现了J/ψ粒子，要求引入第四种夸克粲夸克（魅夸克）（charm；c）。1977年发现了Υ粒子，要求引入第五种夸克底夸克（美夸克）（bottom/beauty；b）。1994年发现第六种夸克頂夸克（top；t），人们相信这是最后一种夸克。在量子色动力学中，夸克除了具有“味”的特性外，还具有三种“色”（color）的特性，分别是红、绿和蓝。这里“色”并非指夸克真的具有颜色，而是现代物理学家为新粒子命名的名字而已。
一个质子包含两个上夸克和一个下夸克；一个中子包含两个下夸克和一个上夸克。那么到底什么是构成万物的基本构件呢？我们先来看看量子力学中的波粒二象性和不确定性原理在做进一步的讨论。
波粒二象性
波粒二象性（w*e…particle duality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。
具名的双缝实验
在1807年，托马斯&；#8226；杨扬总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了他那个名扬四海的实验：光的双缝干涉。后来的历史证明，这个实验完全可以跻身于物理学史上最经典的前五个实验之列。
实验手段极其简单：把一支光源放在一张开了一个小孔的纸前面，纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹。一束电子或光或其他种类的“粒子——波”通过双窄缝射到后面的屏幕去也会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。
光作为粒子（亦即光子）光子通过缝隙时似乎产生了类波动的行为。先假定只有一条缝是开的（另一条缝被堵住）。光通过该缝后就被散开来，这是被称作光衍射的波动传播的一个特征。但是，这些对于粒子的图像仍是成立的。可以想象缝隙的边缘附近的某种影响使光子随机地偏折到两边去。当相当强的光也就是大量的光子通过缝隙时，屏幕上的照度显得非常均匀。但是如果降低光强度，则人们可断定，其亮度分布的确是由单独的斑点组成——和粒子图像相一致——是单独的光子打到屏幕上。亮度光滑的表观是由于大量的光子参与的统计效应。（为了比较起见，一个60瓦的电灯泡每一秒钟大约发射出10^20个光子！）光子在通过狭缝时的确被随机地弯折——弯折角不同则概率不同，就这样地得到了所观察到的亮度分布。
然而，当我们打开另一条缝隙时就出现了粒子图像的关键问题！假设光是来自于一个黄色的钠灯，这样它基本上具有纯粹的非混合的颜色——用技术上的术语称为单色的，也即具有确定的波长或频率。在粒子图像中，这表明所有光子具有同样的能量。此处波长约为5×10…7米。假定缝隙的宽度约为毫米，而且两缝相距毫米左右，屏幕大概在一米那么远。在相当强的光源照射下，我们仍然得到了规则的亮度模式。但是现在我们在屏幕中心附近可看到大约三毫米宽的称为干涉模式的条纹的波动形状。我们也许会期望第二个缝隙的打开会简单地把屏幕的光强加倍。如果我们考虑总的照度，这是对的。但是现在强度的模式的细节和单缝时完全不同。屏幕上的一些点——也就是模式在该处最亮处——照度为以前的四倍，而不仅仅是二倍。在另外的一些点……也就是模式在该处最暗处……光强为零。强度为零的点给粒子图像带来了最大的困惑。这些点是只有一条缝打开时粒子非常乐意来的地方。现在我们打开了另一条缝，忽然发现不知怎么搞的光子被防止跑到那里去。我们让光子通过另一条途径时，怎么会在实际上变成它在任何一条途径都通不过到该处呢？
在光子的情形下，如果我们取它的波长作为其“尺度”的度量，则第二条缝离开第一条缝大约有300倍“光子尺度”那么远（每一条缝大约有两个波长宽），这样当光子通过一条缝时，它怎么会知道另一条缝是否被打开呢？事实上，对于“对消”或者“加强”现象的发生，两条缝之间的距离在原则上没有受到什么限制。
当光通过缝隙时，它似乎像波动而不像粒子那样行为。这种抵消……对消干涉……是波动的一个众所周知的性质。如来两条路径的每一条分别都可让光通过，而现在两条同时都开放，则它们完全可能会相互抵消。我解释了何以致此。如果从一条缝隙来的一部分光和从另一条缝隙来的“同相”（也就是两个部分波的波峰同时发生，波谷也同时发生），则它们将互相加强。但是如果它们刚好“反相”（也就是一个部分波的波峰重叠到另一部分的波谷上），则它们将互相抵消。在双缝实验中，只要屏幕上到两缝隙的距离之差为波长的整数倍的地方，则波峰和波峰则分别在一起发生，因而是亮的。如果距离差刚好是这些值的中间，则波峰就重叠到波谷上去，该处就是暗的。关于通常宏观的经典波动同时以这种方式通过两个缝隙没有任何困惑之处。波动毕竟只是某种媒质（场）或者某种包含有无数很小点状粒子的物体的一种“扰动”。扰动可以一部分通过一条缝隙，另一部分通过另一条缝隙。但是这里的情况非常不同；每一个单独光子自身是完整的波动！在某种意义上讲，每个粒子一下通过两条缝隙并且和自身干涉！人们可将光强降得足够低使得保证任一时刻不会有多于一个光子通过缝隙的附近。对消干涉现象，因之使得两个不同途径的光子互相抵消其实现的可能性，是加在单独光子之上的某种东西。如果两个途径之中只有一个开放，则光子就通过那个途径。但是如果两者都开放，则两种可能性奇迹般地互相抵消，而发现光子不能通过任一条缝隙！
这一个非同寻常事实的重要性。光的确是有时像粒子有时像波那样行为。每一个单独粒子自身完全地以类波动方式行为；一个粒子可得到的不同选择的可能性有时会完全相互抵消！
光子是否在实际上分成了两半并各自穿过一条缝隙呢？大多数物理学对这样的描述事物的方式持否定态度。他们坚持说，两条途径为粒子开放时，它们都对最后的效应有贡献。它们只是二中择一的途径，不应该认为粒子为了通过缝隙而被分成两半。我们可以考虑修正一下实验，把一个粒子探测器放在其中的一条缝隙，用来支持粒子不能分成两部分再分别通过两缝隙的观点。由于用它观测时，光子或任何其他种类的粒子总是作为单独整体而不是整体的一部分而出现，我们的探测器不是探测到整个光子，就是根本什么也没探测到。然而，当把探测器放在其中的一条缝隙处，使得观察者能说出光子是从哪一条缝隙通过时，屏幕上的波浪状的干涉花样就消失了。为了使干涉发生，显然必须对粒子“实际上”通过那一条缝隙“缺乏知识”。
为了得到干涉，两个不同选择都必须有贡献，有时“相加”——正如人们预料的那样相互加强到两倍——有时“相减”——这样两者会神秘地相互“抵消”掉。事实上，按照量子力学的规则，所发生的事比这些还更神秘！两种选择的确可以相加（屏幕上最亮的点），两者也的确可以相减（暗点）；但它们实际上也会以另外奇怪的组合形式结合在一起。
量子力学中的不确定性原理
德国科学家马克斯&；#8226；普朗克在1900年提出，光波，X射线和其他的波不能以任意的速率辐射，而只能以某种称为量子波包发射。波的频率越高，能量越大。1926年另一位德国科学家威纳&；#8226；海森伯提出了著名的不确定性原理。为了预言以个粒子未来的位置和速度，人们必须能准确的观测到它现在的位置和速度。我们将光照到这个粒子上。一部分光波被该粒子散射开来，由此指明它的位置。但是我们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间更小的程度，所以为了确定测量粒子的位置，必须用短波长的光。可是根据马克斯&；#8226；普朗克的假设，人们不能用任意小的量的光；人们至少要用一个光量子。这量子会扰动该粒子，并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。也就是说该粒子的位置测量的越准确，所用到的光粒子波长就越短，那么单个量子的能量就越大，这样粒子的速度被干扰的就越厉害。也就是说，粒子的位置测量的越准确，其速度就测量的越不准确。粒子的位置测量的越不准确，其速度测量的就越准确。粒子位置的不确定性乘以粒子质量再乘以速度的不确定性不能小与一个确定量，称之为普朗克常量。这个极限不依赖被测量的粒子的位置和速度，也不依赖粒子的种类。
由于我们需要光才可以看见物体，但光波比原子的尺度大很多，我们不能期望以通常的方法去“看”一个原子的部分。在量子力学里面，科学家认为实际上所有的粒子都是波。也就是说科学家们认为粒子或者成为波是构成万物的基本构件。
什么是反物质世界
地球和太阳间的引力就是虚引力子的交换引起的，我们知道物体与物体见的引力是相吸引的，在由虚光子的电磁力的情形，力可以是吸引的，也可以是排斥的，这样在地球和太阳中的粒子间的力大部分都抵消了。
反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。当你照镜子时，镜中的那个你如果真的存在，并出现在你面前，会怎么样呢？科学家们已经考虑过这个问题，他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界，它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面，而一般物质就是构成宇宙的主要部分。
粒子物理中的反物质概念
我们知道，把自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源，它们都是由质子、中子和电子所组成的。这些粒子因而被称为基本粒子，意指它们是构造世上万物的基本砖块，事实上基本粒子世界并没有这么简单。在30年代初，就有人发现了带正电的电子，这是人们认识反物质的第一步。到了50年代，随着反质子和反中子的发现，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。
电子和反电子的质量相同，但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。那么中子与反中子的性质有什么差别？其实粒子实验已证实，粒子与反粒子不仅电荷相反，其他一切可以相反的性质也都相反。这里我们讨论一下重子数的概念。
质子与中子被统称为核子。人们从核现象的研究发现，质子能转化为中子，中子也能转化为质子，但在转化前后，系统的总核子数是不变的。50年代起的粒子实验表明，还有很多种比核子重的粒子，它们与核子也属同一类，这类粒子于是被改称为重子，核子仅是其最轻的代表，一般的规律是：当粒子通过相互作用而发生转化，系统中的重子个数是不会改变的。
由于重子数的守恒性，两个质子相碰是不会产生一个包含三个重子�