首页 > 时间简史 > 第11章 基本粒子和自然的力(1)

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另一种力是电磁力。它感化于带电荷的粒子(比方电子和夸克)之间,但反面不带电荷的粒子(比方引力子)相互感化。它比引力强很多:两个电子之间的电磁力比引力约莫大100亿亿亿亿亿(在1前面有42个O)倍。但是,存在两种电荷――正电荷和负电荷。同种电荷之间的力是相互架空的,而异种电荷之间的力则是相互吸引的。

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。

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”

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”。

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。

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。

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