《時(shí)間簡(jiǎn)史》chapt5 基本粒子和自然的力第一部分
“如果你遇到了反自身,注意不要你們握手芯砸。否則萧芙,你們兩人都會(huì)在巨大的閃光中消失殆盡〖偕ィ”
這一章Dear Hawking會(huì)告訴我們構(gòu)成宇宙的物質(zhì)和力是什么双揪?構(gòu)成宇宙的最小構(gòu)件是什么?物質(zhì)的粒子是什么構(gòu)成的包帚?
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亞里士多德認(rèn)為宇宙是由物質(zhì)和力構(gòu)成渔期,物質(zhì)是由四種基本元素土、氣渴邦、或和水組成疯趟,而有兩種力,引力和浮力作用于這些元素上谋梭。
對(duì)于物質(zhì)是可以無限切割下去的顆粒信峻,還是具有固有的顆粒,爭(zhēng)議持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間瓮床。
1803年約翰提出化合物是由原子聚合成的分子盹舞,直至20世紀(jì)初,愛因斯坦相對(duì)論提出隘庄,布朗運(yùn)動(dòng)為液體分子和灰塵粒子碰撞的效應(yīng)踢步。此次爭(zhēng)論以原子論勝利而結(jié)束。
通過湯姆孫的類似顯像管的裝置實(shí)驗(yàn)證明丑掺,電子是從原子本身釋放出來的,1911年恩斯特證明原子確實(shí)具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)获印,又帶正電的核和電子組成。盧瑟福發(fā)現(xiàn)街州,1932年再次證明原子除了帶正電的質(zhì)子兼丰、電子外绰咽,還有和質(zhì)子一樣大的不帶電的中子。
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在質(zhì)子和電子高速碰撞的實(shí)驗(yàn)表明地粪,他們是由更小的粒子夸克構(gòu)成取募,夸克有六種味:上、下蟆技、奇玩敏、粲、底和頂质礼。每種味帶有三種色:紅旺聚、綠、藍(lán)眶蕉。(只是一種標(biāo)簽而已砰粹,通常意義下沒有顏色的。)
一個(gè)質(zhì)子或中子由3個(gè)夸克組成造挽,每個(gè)夸克一種顏色碱璃。質(zhì)子包含兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克,中子包含兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克饭入。按照夸克的種類來構(gòu)成粒子嵌器,最后都會(huì)衰變?yōu)橘|(zhì)子和中子。
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那么什么是構(gòu)成世界萬物的最小構(gòu)件呢?
量子力學(xué)告訴我們,離子能量越大燕酷,對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)越短,粒子能量用電子伏特來測(cè)量祝峻,電子得到的能量是一個(gè)電子伏特。如果利用更高的能量,是否會(huì)發(fā)現(xiàn)更小的粒子呢?
波粒二象性說明宇宙中的一切都可以用粒子來描述衷佃,粒子具有自旋的性質(zhì)。自旋主要告訴我們寞肖,從不同角度看粒子是什么樣子的纲酗。
其中自旋為0的就像一個(gè)點(diǎn),從任何方向都一樣新蟆;自旋為1的像一個(gè)箭頭,每個(gè)方向都不一樣右蕊,轉(zhuǎn)過一整圈琼稻,粒子才顯得一樣;自旋為2的像個(gè)雙箭頭饶囚,轉(zhuǎn)半圈帕翻,看起來便一樣鸠补。
但是有一些粒子,轉(zhuǎn)過一圈后嘀掸,仍然不同紫岩,必須轉(zhuǎn)兩圈,這些粒子就具有1/2的自旋睬塌。
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粒子分為兩種泉蝌,自旋為1/2的粒子,組成物質(zhì)揩晴;自旋為0勋陪、1、2的粒子硫兰,在粒子之間產(chǎn)生物質(zhì)力诅愚。物質(zhì)粒子服從泡利不相容原理,該原理是說劫映,兩個(gè)類似的粒子不能存在于相同的態(tài)中违孝,也就是說,在不確定原理給出的限制下泳赋,它們不能同時(shí)具有相同的位置和速度等浊。
不相容原理解釋了為何物質(zhì)粒子在自旋0,1摹蘑,2的粒子力的影響下筹燕,物質(zhì)粒子不會(huì)坍縮的原因。如果世界在沒有不相容原理的情況下衅鹿,夸克就不會(huì)形成質(zhì)子和中子撒踪,進(jìn)而不會(huì)形成原子,世界會(huì)變成“湯”大渤。
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狄拉克理論第一次將量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合的理論制妄。
它充分解釋了電子為何具有1/2自旋,為什么將其要轉(zhuǎn)兩圈才能一樣泵三。它也預(yù)言了電子必須要有它的配偶-反電子或正電子耕捞,1932年正電子的發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證了狄拉克的理論。
我們現(xiàn)在知道任何粒子都有會(huì)和它相湮滅的反粒子烫幕。
所以俺抽,“如果你遇到了反自身,注意不要你們握手较曼。否則磷斧,你們兩人都會(huì)在巨大的閃光中消失殆盡”。