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第三章 朝夕與永恒 6 粒子的一生

我們正漸漸習慣宇宙大尺度上的時間怪象,現在卻要勇敢掉頭,朝另一個方向走去。我們要從人類所能想象的最大物體轉向物質基本組成的極小尺度。這種感覺是驚人的,因為我們一下子跨越了50多個數量級:這個跳躍令人眩暈,心都要跳到嗓子眼兒了。

病毒(比如引起全球疫情的新型冠狀病毒)非常小,小到肉眼不可見,它們的尺寸通常在60~140納米之間(1納米為十億分之一米)。1000個病毒一個挨一個緊貼起來,也就一根頭發絲的厚度。如此微小的病原體隻有借助專門的設備才能看見,比如能將物體放大幾萬倍的電子顯微鏡。但對基本粒子來說,病毒依然是龐然大物,病毒之於誇克就像地球之於足球,可謂天差地別。

質量方麵,基本粒子也都很輕,光子甚至都沒有靜止質量。就算是頂誇克(1)等較重的基本粒子,相對於宏觀物體也不值一提——不隻是相對於恒星或行星如此,相對於一粒塵埃亦然。當進入無限小的世界時,我們就進入了由量子力學和狹義相對論統治的國度,這會讓我們僅剩的一點兒傳統時間概念也分崩離析。

千奇百怪的世界

物質由粒子構成,這些粒子通過交換粒子相互作用。這句話可用於總結玫瑰的香味是怎麽來的,以及恒星內部的熊熊火焰如何燃燒。

對物質基本組成的研究已有上千年的曆史。公元前600年前後,第一批古希臘哲學家開始為世界尋找科學的解釋時就曾考慮過這個問題。今天,我們用奇怪的名字稱呼基本粒子,但本質與阿那克西曼德等人將一切歸結於土、火、水、氣四元素也無甚差別。21世紀的科學家也是在尋找基本成分,通過它們的組合去解釋周圍物質的多樣性。

“標準模型”是對這古老問題的現代回答。這是誕生於20世紀60年代末的一種理論,是經過一個世紀的觀測和實驗才得出的。自從這種理論被采納,就有人對其爭相質疑,力圖證偽其中的某些預測,但迄今為止沒有一個人成功。