現(xiàn)在我們知道宇宙是一群物質(zhì)體的綜合,而構(gòu)成宇宙的這些物質(zhì)也是永恒運(yùn)動的。于是,也可以說宇宙是一個物質(zhì)體的運(yùn)動過程。
當(dāng)我們明白宇宙是一群物質(zhì)運(yùn)動過程的時候,就非常想知道構(gòu)成宇宙的基本物質(zhì)體是什么,也就是構(gòu)成宇宙的基本物質(zhì)。然而宇宙是無窮的,那么構(gòu)成宇宙的基本物質(zhì)會不會也是無窮的呢?如果這樣,那么,研究宇宙的基本物質(zhì)將是沒有盡頭的活動。同時,要是這樣的話,也可以說宇宙沒有基本物質(zhì)。因?yàn)闊o數(shù)的基本物質(zhì),也就是每個單個的物質(zhì)都不是最基本的。
如果宇宙有有限的基本物質(zhì),那么可以肯定的是,構(gòu)成宇宙的基本物質(zhì)將是數(shù)量繁多的,而且有限的,也就是有數(shù)量龐大的基本粒子存在。目前人類就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種目前階段可以看做構(gòu)成宇宙的基本物質(zhì)的粒子,也稱為基本粒子。對于這些基本粒子,人類已經(jīng)從不同的角度進(jìn)行了以下幾種分類:
1、根據(jù)作用力的不同,基本粒子分為強(qiáng)子、輕子和傳播子三大類。強(qiáng)子就是所有參與強(qiáng)力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成,已發(fā)現(xiàn)的夸克有五種,它們是:上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克。理論預(yù)言還有第六種夸克存在,已命名為頂夸克,但目前尚未發(fā)現(xiàn)?,F(xiàn)有粒子中絕大部分是強(qiáng)子,質(zhì)子、中子、π介子等都屬于強(qiáng)子;輕子就是只參與弱力、電磁力和引力作用,而不參與強(qiáng)相互作用的粒子的總稱。輕子共有六種,包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。電子、μ子和τ子是帶電的,所有的中微子都不帶電;τ子是1975年發(fā)現(xiàn)的重要粒子,不參與強(qiáng)作用,屬于輕子,但是它的質(zhì)量很重,是電子的3600倍,質(zhì)子的1.8倍,因此又叫重輕子;傳播子也屬于基本粒子。傳遞強(qiáng)作用的膠子共有8種,1979年在三噴注現(xiàn)象中被間接發(fā)現(xiàn),它們可以組成膠子球,但至今尚未被直接觀測到。傳遞弱作用的W+,W-和Z0。中間玻色子是1983年發(fā)現(xiàn)的,非常重,是質(zhì)子的80一90倍。
2、根據(jù)基本粒子自旋分,粒子可以分為自旋為半整數(shù)的粒子稱為費(fèi)米子,自旋為整數(shù)的稱為玻色子。同時,自旋也屬于基本粒子的一種特性。
3、按其質(zhì)量大小以及其他性質(zhì)上的差異基本粒子可分為光子、輕子、介子、重子四類。
除此之外,我們認(rèn)為基本粒子都是具有波粒二象性,而且都是具有質(zhì)量,盡管有的粒子質(zhì)量很小,在科學(xué)上一度假設(shè)為零。實(shí)際上宇宙不存在沒有質(zhì)量或者質(zhì)量為零的物質(zhì)。即使未來發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的基本粒子,那么也是有質(zhì)量的,只是質(zhì)量的表現(xiàn)形成與正物質(zhì)不同而已。談到具體基本粒子的質(zhì)量,現(xiàn)有的粒子質(zhì)量范圍很大,從0到90吉電子伏。其中光子、膠子是無質(zhì)量的(我認(rèn)為是有質(zhì)量的,只是質(zhì)量更加?。?;電子質(zhì)量很小,只有0.5兆電子伏,π介子質(zhì)量為電子質(zhì)量的280倍;質(zhì)子、中子都很重,接近電子質(zhì)量的2000倍,約為1吉電子伏,已知最重的粒子是Z0,其質(zhì)量為90吉電子伏。己發(fā)現(xiàn)的五種夸克,從下夸克到底夸克,質(zhì)量從輕到重。下夸克質(zhì)量只有0.3吉電子伏,而底夸克重達(dá)5吉電子伏,頂夸克還沒有發(fā)現(xiàn),理論預(yù)言它的質(zhì)量可能超過100吉電子伏。中微子的質(zhì)量非常小,目前己測得的電子中微子的質(zhì)量小于7電子伏,即為電子質(zhì)量的七萬分之一,已非常接近零。
對于物質(zhì)微觀構(gòu)成來說,原子是由質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成的。原子核簡稱“核”。位于原子的核心部分,由質(zhì)子和中子兩種微粒構(gòu)成。原子核極小,它的直徑在10-16 m~10-14m之間,體積只占原于體積的幾千億分之一,在這極小的原子核里卻集中了99.95%以上原子的質(zhì)量。原子核的密度極大,核密度約為1014g/cm3,即1g/cm3的體積如裝滿原子核,其質(zhì)量將達(dá)到103t。原子核的能量極大。構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子之間存在著巨大的吸引力,能克服質(zhì)子之間所帶正電荷的斥力而結(jié)合成原子核,使原子在化學(xué)反應(yīng)中原子核不發(fā)生分裂。當(dāng)一些原子核發(fā)生裂變(原子核分裂為兩個或更多的核)或聚變(輕原子核相遇時結(jié)合成為重核)時,會釋放出巨大的原子核能,即原子能。
質(zhì)子是由所謂夸克的基本粒子構(gòu)成,由兩個+2/3電荷的上夸克和一個-1/3電荷的下夸克通過膠子在強(qiáng)相互作用下構(gòu)成中子電中性,其質(zhì)量為 1.6749286 ×10-27千克,比質(zhì)子的質(zhì)量稍大,自旋為1/2,磁矩以核磁子作衡量單位為 -1.91304275 。 自由中子是不穩(wěn)定的粒子,可通過弱作用衰變?yōu)橘|(zhì)子,放出一個電子和一個反電子、中微子,平均壽命為896秒。中子是費(fèi)米子[1],遵從費(fèi)米-狄拉克分布和泡利不相容原理。中子和質(zhì)子是同一種粒子的兩種不同電荷狀態(tài),其同位旋為 1/2 ,中子的同位旋第三分量I3=-1/2。 中子是組成原子核構(gòu)成化學(xué)元素不可缺少的成分,雖然原子的化學(xué)性質(zhì)是由最外層電子數(shù)決定的,但是如果沒有中子,由于帶正電荷質(zhì)子間的排斥力,就不可能構(gòu)成除氫之外的其他元素。在輕核中含有幾乎相等數(shù)目的中子和質(zhì)子;在重核中,中子數(shù)則大于質(zhì)子數(shù),例如鈾-238總共有146個中子和92個質(zhì)子。對于一定質(zhì)子數(shù)的核,中子數(shù)可以在一定范圍內(nèi)取幾種不同的值,形成一個元素的不同同位素。
中子不帶電而具有磁矩。高能電子、μ子或中微子轟擊中子的散射實(shí)驗(yàn)顯示中子內(nèi)部的電荷和磁矩有一定的分布,說明中子不是點(diǎn)粒子,而具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。中子是由3個更深層次的粒子——夸克構(gòu)成的。
另外,物理界認(rèn)為基本粒子跟人一樣也是有壽命的。他們說,電子、質(zhì)子、中微子是穩(wěn)定的,稱為“長壽命”粒子;而其他絕大多數(shù)的粒子是不穩(wěn)定的,即可以衰變。一個自由的中子會衰變成一個質(zhì)子、一個電子和一個中微子; 一個π介子衰變成一個μ子和一個中微子。粒子的壽命以強(qiáng)度衰減到一半的時間來定義。質(zhì)子是最穩(wěn)定的粒子,實(shí)驗(yàn)已測得的質(zhì)子壽命大于10的33次方年。我認(rèn)為這個特性是不存在的。作為宇宙的基本粒子應(yīng)該跟宇宙一樣是無所謂生,無所謂死的,永遠(yuǎn)自旋的,是一個永恒、客觀的物質(zhì)存在。物理學(xué)家舉出的中子是粒子的集合,根本不是最基本的宇宙粒子,其他可以自由衰敗的粒子,也不是構(gòu)成宇宙的基本粒子,應(yīng)該說,他們也都是粒子集合體。他們應(yīng)該是最初級的物質(zhì)復(fù)合體。具有長壽的質(zhì)子,也是粒子復(fù)合體,也不屬于構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子。當(dāng)然現(xiàn)在這只是一種推論。
不過,如果要是認(rèn)為宇宙的基本粒子都是有壽命的,那么他們應(yīng)該是與其他粒子是互相轉(zhuǎn)變,也可能與反物質(zhì)、暗物質(zhì)互相轉(zhuǎn)變的。要是這樣的話,必然導(dǎo)致基本粒子本身還有自身的復(fù)雜結(jié)構(gòu),否則無法進(jìn)行轉(zhuǎn)變。這就很可能導(dǎo)致基本粒子還是可分的,也就是再次否認(rèn)了他們是構(gòu)成宇宙的基本粒子本身。因此,對比這兩種推理,我認(rèn)為作為宇宙的基本粒子是沒有生死的,是個不斷自己自旋或者說自振的波粒二象性的粒子。從這種角度來看,我認(rèn)為目前發(fā)現(xiàn)的粒子可能只有光子才可算做基本粒子。
基本粒子還具有具有對稱性的特性,有一個粒子,必存在一個反粒子。1932年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個與電子質(zhì)量相同但帶一個正電荷的粒子,稱為正電子;后來又發(fā)現(xiàn)了一個帶負(fù)電,質(zhì)量與質(zhì)子完全相同的粒子,稱為反質(zhì)子;隨后各種反夸克和反輕子也相繼被發(fā)現(xiàn)。一對正、反粒子相碰可以湮滅,變成攜帶能量的光子。反之,兩個高能光子粒子碰撞時有可能產(chǎn)生一對新的正、反粒子。
最后基本粒子都有磁矩。在原子中,電子因繞原子核運(yùn)動而具有軌道磁矩;電子還因自旋具有自旋磁矩;原子核、質(zhì)子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自旋磁矩。分子的磁矩就是電子軌道磁矩以及電子和核的自旋磁矩構(gòu)成的,磁介質(zhì)的磁化就是外磁場對分子磁矩作用的結(jié)果。磁矩是粒子的內(nèi)稟屬性。每種粒子都有確定的內(nèi)稟磁矩。
物理學(xué)理論上預(yù)言夸克之間有傳遞夸克(Quark)之間強(qiáng)相互作用的粒子,共8種 ,靜質(zhì)量為0,自旋為1,具有色荷(Color Charge)。他們把這種粒子稱為膠子,屬于介子一類。由于帶電粒子間的電磁相互作用是通過交換光子而實(shí)現(xiàn)的;與此類比,具有色荷的夸克之間的強(qiáng)相互作用是通過交換膠子而實(shí)現(xiàn)的,所不同的是光子不帶電荷,光子本身不能放出或吸收光子;膠子具有色荷 ,膠子之間也有強(qiáng)相互作用,膠子本身可放出或吸收膠子。實(shí)驗(yàn)上還未發(fā)現(xiàn)自由狀態(tài)的膠子,但1968年電子對質(zhì)子的深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)中,顯示質(zhì)子中有著點(diǎn)狀結(jié)構(gòu),質(zhì)子的能量只有一半由帶電的點(diǎn)狀物質(zhì)所攜帶,另一半則由中性的無電磁作用的組分所攜帶。按照夸克模型,這帶電的點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)是夸克,中性的組分就是膠子,實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了可能存在膠子的跡象。1979年在高能正負(fù)電子對撞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)三噴注現(xiàn)象,進(jìn)一步顯示了膠子的存在。
我認(rèn)為把一類粒子分成作為傳遞媒介的介子是不正確的。由于物質(zhì)與能量是不可分割的。物質(zhì)是能量的載體,能量是物質(zhì)運(yùn)動的體現(xiàn)形式之一。膠子不可能傳遞能量,而是本身具有能量??淇酥g具有膠子,這很可能是夸克也是可以分的,或者說夸克由膠子組成,可能發(fā)射出膠子。因?yàn)楣庾硬皇莻鬟f電磁波的能量,而是電磁波由光子構(gòu)成。核彈爆炸的本質(zhì)是作用力使復(fù)合物質(zhì)從新分解成基本物質(zhì),于是,基本物質(zhì)恢復(fù)了原來的快速、自由運(yùn)動的本原,而形成物質(zhì)能量形式出來。因此,世界很可能根本沒有介子這樣的傳遞物質(zhì)。
總之,構(gòu)成宇宙的基本粒子本身是不可分,而且無生死、自旋、共振與其他物質(zhì)組合、分化的運(yùn)動體。
2010年7月20日