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第三章 朝夕与永恒 6 粒子的一生（第1页）

第三章朝夕与永恒6粒子的一生

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我们正渐渐习惯宇宙大尺度上的时间怪象，现在却要勇敢掉头，朝另一个方向走去。

我们要从人类所能想象的最大物体转向物质基本组成的极小尺度。

这种感觉是惊人的，因为我们一下子跨越了50多个数量级：这个跳跃令人眩晕，心都要跳到嗓子眼儿了。

病毒（比如引起全球疫情的新型冠状病毒）非常小，小到肉眼不可见，它们的尺寸通常在60~140纳米之间（1纳米为十亿分之一米）。

1000个病毒一个挨一个紧贴起来，也就一根头发丝的厚度。

如此微小的病原体只有借助专门的设备才能看见，比如能将物体放大几万倍的电子显微镜。

但对基本粒子来说，病毒依然是庞然大物，病毒之于夸克就像地球之于足球，可谓天差地别。

质量方面，基本粒子也都很轻，光子甚至都没有静止质量。

就算是顶夸克（1）等较重的基本粒子，相对于宏观物体也不值一提——不只是相对于恒星或行星如此，相对于一粒尘埃亦然。

当进入无限小的世界时，我们就进入了由量子力学和狭义相对论统治的国度，这会让我们仅剩的一点儿传统时间概念也分崩离析。

千奇百怪的世界

物质由粒子构成，这些粒子通过交换粒子相互作用。

这句话可用于总结玫瑰的香味是怎么来的，以及恒星内部的熊熊火焰如何燃烧。

对物质基本组成的研究已有上千年的历史。

公元前600年前后，第一批古希腊哲学家开始为世界寻找科学的解释时就曾考虑过这个问题。

今天，我们用奇怪的名字称呼基本粒子，但本质与阿那克西曼德等人将一切归结于土、火、水、气四元素也无甚差别。

21世纪的科学家也是在寻找基本成分，通过它们的组合去解释周围物质的多样性。

“标准模型”

是对这古老问题的现代回答。

这是诞生于20世纪60年代末的一种理论，是经过一个世纪的观测和实验才得出的。

自从这种理论被采纳，就有人对其争相质疑，力图证伪其中的某些预测，但迄今为止没有一个人成功。

我们知道，这是一个不完整的理论，原因很多，首先就是它没有考虑引力。

宇宙中最常见的力却未被包括在标准模型描述的相互作用中，这着实奇怪。

但其实也可以理解，因为在微观尺度上，引力的作用可以忽略不计。

在宇宙空间中，当相互作用的物体质量巨大并相距遥远时，引力主导一切，但在描述物质基本成分的运动时它却变得无关紧要。

至少在我们至今探索过的能量级上，基本粒子之间的相互作用是以引力之外的其他力为主的，它们超过引力许多数量级。

标准模型对其他许多现象也没能做出任何解释，比如它没有解释宇宙中为什么有那么多暗能量和暗物质，没有解释反物质都到哪里去了，没有包含导致宇宙暴胀的粒子，等等。

总之，它在很多方面并不令人满意，不过它还是有着惊人的预测能力：它让我们准确地计算出了极短暂现象的最细微特征，并且将它们一个接一个系统性地观察到了；它预言了某些基本参数的微小偏离，这些也得到了极精巧的实验验证。

然而我们迟早会需要一个更完整、更全面的理论来解释现在依然成谜的许多现象，它会包含“标准模型”

作为在低能情况下的特例。

当我们能做能量级很高的实验——高到我们引以为傲的理论也会被彻底动摇时，我们就会发现新的未知粒子或相互作用，这将让我们建立起更广泛的理论。

但到目前为止，“标准模型”

经受住了所有考验，是我们目前能掌握的可以用来解释世界的最佳理论。