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第11章 走入歧途
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问一个很难的问题
到目前为止,本书都在随意地使用“粒子”
这个词。
现在是时候确定下来了。
如果想认真地讨论粒子物理,就需要确定我们谈论的“粒子”
究竟是什么。
物理学家给粒子下的最简单的定义是:“稳定而不自发分裂的东西。”
从这个意义上讲,你的身体就是一个巨大的粒子,因为你的手臂(通常)不会随机地分裂,所以你符合这个定义。
当然,你的身体是一种复合粒子,因为人体倾向于保持稳定,但也可以分解成更小的粒子—器官,器官也很稳定。
器官可以分解成叫作“细胞”
的粒子,而细胞又可以进一步分解成分子和原子。
原子由质子、中子和电子组成。
据我们所知,电子不能继续分解成更小的物质。
电子不是由“亚电子粒子”
构成的,却能保持稳定。
电子不同于原子、分子和细胞,它是一种非常特殊的粒子。
它没有亚结构,因此是真正的基本粒子。
了不起的法拉第先生
基本粒子的故事起源于19世纪初,当时最伟大的科学表演者迈克尔·法拉第开启了它。
法拉第生长在贫穷的铁匠家庭,但他相信科学属于任何对它感到好奇的人。
为此,法拉第开始在英国皇家研究所发表关于科学的公开演讲,他讲的化学反应和物理现象给听众留下了深刻的印象。
正是在这些演讲中,他最早揭示了对磁的发现。
磁是一种独特的力。
磁可以穿越真空,可以吸引或排斥其他磁体,而不需要中间任何东西传递信号。
磁力也可以穿过实体屏障,这是很特殊的,因为其他力都必须通过推拉与物体直接接触(1)。
今天我们生活在手机和Wi-Fi(无线网络)被普及的世界里,所以磁似乎没什么了不起的,但在19世纪初,不通过接触就能影响事物,这种概念无异于巫术。
为了解释磁铁的工作原理,法拉第让人们把磁想象成由“场”
构成,而不是由物质构成的。
每个磁体都会在周围的几何空间里产生无形的畸变,而其他磁体可以锁定这种畸变。
这些畸变的空间决定了穿过其中的粒子的行为,但这种畸变本身不是由物质构成的。
也就是说,场是一种非物质、类流体的结构,它告诉其中的粒子如何运动。
某一处的场可能比其他地方更强,但你无法直接看到它,只能看到它的影响。
这个想法真让人眉头一紧,因为我们已经熟知一种物体由其他物体构成。
一种不由物质构成的东西很难让人接受,但场似乎就是这样。
这样看来,真空并非没有属性。
这让我想起一个笑话:你听说过获得诺贝尔奖的稻草人吗?他在自己的领域里出类拔萃。
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