第二篇 举个粒子

人类作为目前这个星球唯一的高级生物，总是不断探索寻求这个世界的未知事物。可是人类在宇宙中存在的时间实在太短暂，对于世界的未知太多。几千年来人类总在寻找自我，解释自我，解释世界。从宗教到哲学、从哲学到科学，无一例外每一门学科的最终目的就是解释世界，解释世界上发生的种种现象。

那么当代的科学究竟了解了世界的多少呢？可以说了解了很多，也可以说什么都不了解。说了解了很多是因为现在的科学似乎能把看得见的所有现象都解释全了，数学、几何、物理、化学。似乎物质世界的所有现象都能用科学去解释。说什么都不了解是因为细究每一项物质的根本，似乎都有缺憾，越挖掘深处越发现人类的无知与渺小。本篇从物质世界开始，来讨论一下微观世界里的物质。(作为科普文章，本文不会讲的太深，请高能绕道)

1. 分子（1811年）

《庄子》云：一尺之捶，日取其半，万世不竭，大致意思是说一尺长的棍棒，每日截取它的一半，永远截不完。古人们对于物质的理解大致如斯，一件物品，一分为二，二分为四，四分为八，就想数可以无穷大一样，东西也可以无限切分，所有动东西都没有最小的单位。随着西方科学的发展，1811年意大利化学家阿伏伽德罗发表了分子学说，认为所有的物质都是由分子组成的，一种物质是由一种分子组成。比如水就是由分子式为的分子组成。分子有气、液、固三种状态。至此，人类也真正开始了探究微观世界的旅程。

2. 原子（1803年）

有趣的是原子概念的提出要大大早于分子，最早可以追溯到公元前的古希腊哲学，但是由于当时的认知水平无法对其准确的定义，所以不认为其真正的提出时间是公元前或17世纪牛顿的假说。比较准确的描述来自于1803年道尔顿的原子学说（虽然原子这个名称依然沿用了古希腊语的atom）。原子是构成分子的基本单位。正如上述的水分子，从分子式中就可以看出是由2个氢原子和1个氧原子构成。原子是被认为在化学变化中最小的单位，但这仅仅是化学变化。

到目前为止，文中所述的都是中学学过的知识，下面来谈谈比原子更小的粒子。之所以在此作为文章的分水岭是因为在粒子物理学科中，研究的重点就是比原子更小的粒子，也许你想不到比原子小的粒子有多少种，这些粒子可以粗略地统称为“亚原子粒子”，即比原子小的粒子。其中又分为基本粒子和复合粒子，但是由于这门学科的不断进步，曾经的基本粒子有可能变成了复合粒子，所以这里的概念并不绝对，目前标准模型（粒子物理学中最好的理论）认为基本粒子的种类有61种之多。

3. 电子（1897年）、质子（1918年）、中子（1932年）

大家都知道原子是由原子核和围绕原子核的电子所组成的，电子带负电，而原子核带正点。电子是由英国物理学家汤姆逊在1897年发现的，那么原子核是什么东西呢？1918年卢瑟福用粒子轰击氮原子时发现了质子，质子带正电，由两个上夸克和一个下夸克组成，并同时预言了中子的存在。十几年后的1932年查德威克发现了中子，中子由一个上夸克和两个下夸克组成，所以中子不带电。正因为中子不带电，所以先后由多位物理学家与中子的发现失之交臂，其中也包括了大名鼎鼎的居里夫人。

原子模型

4. 基本粒子

物理学中被认为是构成物质的最小的基本单位，上述的质子、中子都是由3个夸克构成，因此，都不是基本粒子。基本粒子目前有62种，根据自旋的倍数不同可以分为两大类：费米子和玻色子，与其他粒子的命名方式不同，这两大类的命名采用了科学家的名字，读者一定感受到了这两位大神级的科学家的震慑力。

1）费米子

是以意大利科学家费米命名的，或许大家没怎么听过的他的名字，但是在量子物理届绝对是个与爱因斯坦齐名的人物。费米子分为两类：夸克和轻子。

夸克是一种参与强互相作用的基本粒子，可以理解为它能组成强子（质子和中子等），目前已知的夸克有36种（6味夸克3色正反2粒子），由于夸克不会单个出现，所以，有些夸克还未发现时就早已预言它的存在了。

轻子是主要参与弱作用，不参与强作用的粒子。已知轻子的种类有12种（电子、子、子，及这三种轻子的中微子，以及这六种的反粒子）

费米为人：费米本人被誉为中子物理之父，原子弹之父。但是1938年获得的诺贝尔奖却是一次乌龙事件，但他事后公开承认了实验错误和自己的判断失误，并由此继续展开研究。我国物理学家李政道的导师便是费米，同时费米的学生中也先后有6人获得诺贝尔奖。

2）玻色子

与费米子相对的是玻色子，是由印度物理学家玻色提出，后由爱因斯坦进行研究，后来狄拉克为纪念玻色命名玻色子，费米子自旋为半整数，而玻色子自旋为整数。玻色子是负责传递力的粒子，因此自然界的四种相互作用力将玻色子分为四类：

引力——引力子（未被证实）
电磁力——光子
强力——胶子
弱力——W玻色子，Z玻色子

上帝粒子：Higgs玻色子是一个未被证实的玻色子，不自旋，不稳定

5. 量子在哪里

看了这么多，量子在哪里，上述说了这么多粒子，那么经常被科幻片或书籍提及的现代物理学宠儿量子在哪里？

不得不承认，物理学在很多地方翻译具有极大的歧义，量子并不是粒子，量子是单位（就如光年是长度单位而不是时间单位一样容易歧义），量子被认为是物理学中最小的不可分割的单位，最早引用此概念的是力学中的能量，当发现能量并不是连续的，而是有一个最小不可分的单位时，则称这个单位是量子。

6. 写在最后

最后是两位超重量级的物理学大师，发现和研究粒子大都是实验物理学，利用不同的粒子去撞击，从而发现新的粒子。那么基本粒子中的最重要的理论——标准模型是由谁提出的呢？它的雏形是在1954年提出的，叫做杨-米尔斯理论Yang–Mills theory，当然提出这个理论的正是杨振宁和米尔斯。