物理学的极限,探索宇宙中最小的物质

发布网友发布时间：2023-04-22 20:32

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热心网友时间：2023-10-05 10:23

我们先来假设一个场景：现在有一个苹果，有一个人拿着一把刀将这个苹果切成了两半，然后再将其中的一半切成两半，接着再将切成4分之1的苹果切成两半。如果这个人有足够小、足够锋利的刀的话，从理论上来讲，这个过程就可以一直持续下去，直到苹果不可再分为止，那么这个时候得到的物质就是最小的物质了。

这也是物理学研究的一大方向，从物理学诞生以来，物理学家一直在试图打开宇宙中物质结构的秘密。在20世纪之前，物理学的结论是宇宙中最小的物质是原子，它不可再分，是组成世间万物的基本单位。但随着20世纪以后的一系列研究表明，原子并不是宇宙中最小的物质，原子是由电子和原子核组成，通过进一步的研究，物理学家们又确定了原子核是由质子和中子组成。

粒子对撞机的出现使现代物理学迈出了一大步，其基本原理就是通过将两束粒子流加速到接近光速，并使它们在特定区域对撞，对撞之后会产生很多碎片，方便于物理学家们研究物质的构成，在它的帮助下，物理学家们共发现了700多种基本粒子。这些基本粒子可分为强子和轻子，其中绝大多数都属于强子，其中包含质子和中子，轻子类的粒子包含有中微子、电子等，它们大多都是很不稳定的，它们存在的时间很短，非常容易转化成其它的粒子。

1981年，英国剑桥大学科研人员通过实验证明，电子可以分为自旋子和空穴子，那么强子还有可能有更小的结构吗？1964年，美国科学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，它认为强子是由更基本的夸克构成，它的理论在物理学界经过严密的理论分析被认为是正确的。1976年华裔科学家丁肇中发现了J粒子，证明了夸克的存在。通过更深入的研究，到目前为止，物理学家们共发现了六种夸克，分别是上（u）、下（d）、奇（s）、粲（c）、底（b）及顶（t），质子和中子就是由上夸克和下夸克构成的。

对此，物理学家们非常的迷惑，既然只需要上夸克和下夸克以及电子就可以构成宇宙的全部，那么为什么还会有其它的夸克存在呢？物理学家们将夸克和轻子列入一个表格，共有三行，称之为三个“世代”。第一代包括上夸克、下夸克、电子、中微子等，列在第二代的比第一代质量要大、而第三代则是质量最大。这不禁让人联想到了元素周期表，大家都知道，改变质子、中子以及电子的数目，就可以将一种元素转化为另一个元素。因此有物理学家提出，这三个“世代”之间的差异是不是因为夸克和轻子的内部组成的基本单位的组态不同而造成的，也就是说，轻子和夸克的内部，很可能还具有更小的结构。

这样看起来“苹果”好像还可以再切，因此，有一些物理学家认为，只要有足够的技术，物质还可以无限的分割下去。那么夸克还可以再分吗？弦理论者认为，构成万物的基本单元不是轻子和强子这类的粒子，而是更小的线状的"弦"，弦通过不同振动就会产生出各种不同的粒子，从而形成整个宇宙，弦理论强调，能量与物质是可以转化的，但这这一理论还未得到最终的证实。

从无限大到无限小，宇宙之奇妙远远超过了我们的相像，相信随着人类科技的进步，这些迷题终将被我们一一解开。