首页 > 时间简史 > 第11章 基本粒子和自然的力(1)

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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”

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。

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。

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。

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。

(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。

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