组成物质的最小单位到底是什么?


组成物质的最小单位到底是什么?

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这个问题没有答案 。也永远不可能有准确的答案 。
古希腊德谟克利特提出了原子概念 。认为所有物质都是由不可再分割的原子组成 。至于说原子究竟是什么 。长期以来大都认为是气、火、水、土等基本元素 。又过了几千年 。直到十七、十八世纪化学家们才弄清除 。一些物质不可能通过化学手段继续对它们进行分解 。这些物质就是拉瓦锡定义的元素 。不同元素是由不同的原子组成的 。从此原子就成为化学变化中的最小单元 。科学家们的锯子似乎再也锯不下去了 。
但十九世纪晚期到20世纪初期 。科学家们发现了电子 。原子内部也是空空如也 。只有一个很小的原子核 。就像太阳和太阳系一样 。由此证明原子并不是不能再分割 。一些科学家如释重负 。原子核总不能再往下锯了吧?话音刚落 。1919年科学家就发现了原子核内部带正电的质子 。1932年又发现了不带电的中子 。
科学家的锯子锋利无比 。上世纪五六十年代 。终于把质子、中子也锯开了 。发现它们是由更基本的粒子夸克组成 。这样组成我们这个世界的最小单元就变成了夸克、电子、光子、胶子等基本粒子 。这就是目前为止我们在科学上对组成物质最小单元的最确切的认识 。
但这样的认识显然不能满足人类日益增长的科学认知的要求 。科学家们举着切割机 。准备继续对这些基本粒子大开杀戒 。却怎么也找不到下锯的地方 。因为相对于这些基本粒子来说 。我们的锯子实在太大了 。就像你要用一把菜刀去切细菌 。细菌们当然喜逐颜开 。来啊 。来啊 。来切啊!
没办法 。科学家们只好动用数学和想象力 。终于“发现” 。这些粒子原来是由更基本更小的一维“弦”组成 。弦纠缠在六维的卷缩空间中不断振动 。振动模式的不同就形成了各种基本粒子 。这就是现在方兴未艾的M理论 。当然目前M理论还无法在科学上进行验证 。所以组成物质的最小单元究竟是不是“弦” 。实在还是一件非常玄的事 。
其他观点:
哲学家一直在思考一个问题 。那就是:构成物质的真正的、最基本的组成单位是什么?答案还不明晰 。但有一点已经确认 。那就是基本单位绝对不是虚无 。哲学家只能思考 。而科学家又思考又有探索 。层次更高 。
从目前来看 。我们已经建立了一个成熟的标准模型 。但是标准模型也并不是终极真理 。而是一个巨大拼图的一个小角落 。在此之前 。科学家提出了一个叫做夸克的概念 。夸克刚刚被提出来的时候 。仅仅应用于数学计算 。它可以被用作人的大脑之中记录量子反映情况的薄记系统 。而如今 。研究夸克的性质在物理学中已经非常热门 。
科学家利用超大规模的高能粒子加速器 。进行了粒子撞击实验 。通过观察电子撞击质子 。已经清晰地证明了夸克的存在 。而且知道夸克有六种 。这种试验方法 。就相当于通过打破一个装置 。然后知道这个装置内部的结构 。比如 。我们想知道一个铅笔盒里面有什么笔 。于是我们让两个铅笔盒相撞 。铅笔盒破碎之后 。就露出了内部的秘密 。我们在高能粒子加速器之中发现了六种夸克 。而研究这些夸克的性质就构成了一门物理学科 。即粒子物理学 。
【组成物质的最小单位到底是什么?】物理学家计算认为 。在这六种已知的夸克之外 。还应该有它们相对应的轻子 。比如我们 。大家通常提起的电子 。就是六种轻子的一种 。而每次粒子碰撞实验 。科学家都会发现层出不穷的新粒子 。这些发明似乎在暗示着我们 。我们还没有找到物质真正的、最基本的组成单位 。探索还在继续 。
科学家一直在探索最深层次的物质本质 。永远没有尽头 。即使没有哲学家提出相应的问题 。科学家也会对物质的本质、它的最基本的组成单位非常感兴趣 。会一直这样往深层次研究下去 。
目前 。物理学家正致力于在理论上来理解和探索比夸克还要小的范畴 。并且建立起一些让人难以琢磨的数学模型 。研究这些数学模型来解各种粒子的方法 。便称之为弦理论 。弦理论要求仅仅在十的负三十三次方厘米的范畴上观察和解释粒子 。这个范围比质子要小上20个数量级 。任何技术手段都不可能直接观察到 。只能通过数学来组建外围模型 。如果一个原子有我们的太阳系那么大 。直径为1光年 。那么一根弦的大小相当于地球上的一棵树 。而有的科学家认为 。夸克也是一种弦的振动模式 。

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