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水分子和原子核誰小

生活 更新时间:2024-07-29 15:11:31

“一尺之捶,日取其半,萬世不竭”,意思就是一尺長的木棍,每天截取一半,永遠也截取不完。

這是兩千多年以前中國先賢對于未知世界的一種思考,不僅中國古代先賢有着這樣的思索,世界上其它地區的古代哲學家們也進行過類似的思考,但是物質真的可以無限細分下去嗎?并不是,如果在現實世界之中,物質真的可以無限細分,那麼這個世界将會顯得過于荒誕,所以古希臘哲學家們更願意相信物質是存在最小單位的。比如古希臘自然哲學家德谟克利特就認為物質是存在本源的,這個本源就是原子核虛空。當然,在德谟克利特所處的時代,是不可能知道什麼是原子的,所以它所說的原子隻是與我們所說的原子同名而已。

水分子和原子核誰小(費米子和玻色子是物質的最小單位)1

德谟克利特所說的原子類似于我們現在所說的基本粒子,代表着物質的最小單位。

後來,随着科學的誕生以及各種精密科學儀器的問世,古代學者們的思索逐漸得到了印證,人們發現物質是存在最小單位的。古代學者曾認為水是一切物質的本源,而現代人逐漸發現宏觀世界的水實際上是由無數微小的分子所組成的,這些微小的分子就是水分子,不僅水是如此,其它的物質也都是由相應的物質分子所構成的。我們可以用鋒利的道具将一個物質不斷分割成小份,但我們不可能破壞其中的任何一個分子,我們所謂的分割不過是将這些聚合在一起的分子分開了而已。

水分子和原子核誰小(費米子和玻色子是物質的最小單位)2

我們無法用刀子破壞分子,并不意味着分子就是物質的最小單位,事實上分子是由更小的原子所組成的,比如水分子就是由兩個氫原子和一個氧原子所組成的。

在一段時間之内,人類曾認為原子就是物質的最小單位,後來,英國物理學家盧瑟福又發現,原子其實是由原子核與核外電子所組成的,那麼原子核是否還可以細分呢?是的,還可以,盧瑟福和他的學生使用高速粒子來撞擊原子核,結果發現在原子核内還存在着質子和中子。質子和中子可不可以繼續細分呢?撞一下就知道了。質子和中子受到高速粒子的撞擊後并沒有被破壞,但卻出現了三種角度不同的偏轉,這意味着質子和中子的内部還有東西。

水分子和原子核誰小(費米子和玻色子是物質的最小單位)3

現在我們知道,組成質子和中子的更小結構就是誇克,一般而言,它們都是由三個誇克結合而形成的,而誇克就是已知的物質的最小單位,我們稱其為“基本粒子”。

既然誇克才是構成物質的最小單位,那麼為什麼我們無法将質子和中子破開呢?不要說我們了,就連宇宙中強大的中子星也辦不到。中子星是大質量恒星“死亡”後的産物,它是一種密度極高的天體,在其巨大的引力作用下,物質會被撕碎成為中子,但也僅此而已,它依舊無法破壞由三個誇克結合而成的中子結構。這是為什麼呢?

水分子和原子核誰小(費米子和玻色子是物質的最小單位)4

在宇宙之中有四種已知的基本力,即引力、電磁力、強力和弱力,而使誇克結合在一起的力就是強力。

強力比較有趣,我們所熟悉的引力和電磁力都會随着距離的增加而減弱,比如離地球越遠,引力就越小;兩塊磁鐵離得越遠,吸力就越小,但強力不同,強力會随着距離的增加而增強,也就是說如果我們試圖将兩個誇克拉開,那麼它們之間的結合力就會迅速增強,拉得越遠,力量就越大,這就如同一個悖論,無法破除。誇克是基本粒子,但并不是唯一的基本粒子,除了誇克之外,基本粒子家族還有光子、電子、膠子、中微子等等。

水分子和原子核誰小(費米子和玻色子是物質的最小單位)5

為了更好地理解基本粒子,現代物理學誕生了标準模型,将基本粒子分為兩類,即費米子和玻色子。

剛才所說的誇克、電子以及中微子等都屬于費米子,而光子、膠子以及希格斯玻色子等都屬于玻色子。那麼費米子和玻色子到底有何區别呢?通俗一點來講,就是二者所扮演的角色不同,費米子是構成物質的最小單位,比如誇克,三個誇克結合成一個中子。而玻色子則相當于一個媒介,我們剛才說過了,使三個誇克結合在一起的力是強力,而強力需要媒介物質來進行傳遞,在三個誇克之間負責傳遞強力的就是膠子。如果将費米子比喻為磚塊,那麼玻色子就是使磚塊堆砌成牆的水泥,但無論是費米子還是玻色子,它們都是不可再分的最小單位。

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