第467章 我成啦！道爺我成啦！

  第467章 我成啦！道爺我成啦！

  關於世界本質的探索，人類自古以來從未停止過。

  早在兩千多年前，古希臘哲學家德謨克利特就提出了著名的「原子論」。

  該理論認為：

  1、世間萬物，均由極小的原子微粒構成；

  2、原子是實心物質，不可再分；

  3、宇宙的本源是原子和虛空，原子組成物質，虛空是原子運動的場所。

  用現在的觀點看，德謨克利特的理論依然稱得上驚艷。

  他構想出原子這樣一種基本粒子，通過排列組合，形成萬物，符合大自然的簡潔之美。

  因此，原子論一直統治學界一千多年。

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  直到1803年，英國化學家道爾頓繼承了古希臘的原子論和牛頓的微粒說，發表了集大成之作的現代原子論。

  其核心思想是：

  1、組成不同物質的原子是不同的；

  2、不同原子之間可以通過化學反應形成新的物質。

  可以明顯看出，道爾頓的原子論相比德謨克利特的原子論，深度不可同日而語。

  而且道爾頓是通過大量的化學實驗和測量工作，才得出了這個結論。

  因此，他的原子論代替了古希臘原子論，繼續統治學界近100年。

  直到1897年，湯姆遜發現了電子，人類終於揭開了原子內部的奧秘。

  原來，原子並不是基本粒子！

  於是，關於原子結構的研究成為重點。

  很快，質子、中子被發現，中微子概念被提出。

  前面說過，1936年，安德森在宇宙射線中發現了μ子。

  當時的物理學家們雖然很高興，但同時也非常困惑。

  因為μ子的出現破壞了「宇宙的簡潔和美感」。

  μ子完全就是放大版的電子，除了質量外，它的所有性質都和電子一樣，什麼自旋、同位旋等。

  因此，物理學家就奇怪：

  「宇宙已經造出了電子，為什麼還要造出μ子？」

  「這完全是多餘的啊。」

  誰都解釋不了這個問題。

  接著，鮑威爾在1947年又發現了傳遞強力的π介子。

  現在的粒子家族變成了：質子、中子、電子、中微子、μ子、π介子、光子。

  這裡要提一下，π介子按照海森堡的同位旋理論，有三個空間投影，代表了三種電荷狀態。

  分別是：π+/π-/π0。

  當時的物理學家認為，這些粒子都是基本粒子，不可再分。

  很快，宇宙射線領域迎來了超級大爆發。

  40年代末至50年代初，物理學家幾乎每個星期，都能從宇宙射線中發現新的粒子。

  短短几年，發現的新粒子就有七八十種。

  其中最重要的是美國物理學家羅切斯特和布特勒發現的一批新粒子。

  它們可以分為兩類：

  第一類稱為【Κ介子】。（注意，這個字母不讀Kei，而是希臘字母，讀卡帕。）

  包括Κ+、Κ-、Κ0、反Κ0。

  Κ介子跟π介子一樣，也是傳遞強力，不過前者的質量比後者更大。

  第二類稱為【超子】。

  其實超子的本質就是類似質子、中子這樣的重子。（都是由夸克組成）

  但是因為它們的質量遠高於質子和中子，於是就稱為「超越一般重子的重子」，簡稱「超子」。

  超子包括：Λ、Σ+、Σ0、Σ-、≡0、≡-。（嗯，我也不會讀）

  這兩類粒子，全都與強力有關。

  這時，大家可能發現一個小問題了。

  隨著粒子越來越多，僅僅按照重量法分的重子、輕子有點不合適了。

  於是，物理學家將所有和強力相關的力統稱為【強子】。

  希望從相互作用的角度梳理粒子的性質。

  強子就包括了重子和介子。

  重點來了！

  物理學家在研究強子的時候，發現了一個非常奇怪的現象。

  以Λ子為例，它是強力作用的產物，性質不穩定會發生衰變。

  Λ子會衰變成π-介子和質子。

  那麼很顯然，物理學家就想，π-和質子在強力的作用下，也會變成Λ子。

  然而，實驗結果卻發現，π-和質子是在弱力的控制下，變成了Λ子。

  這裡要提一下，怎麼才能知道粒子衰變受什麼力控制呢？

  把兩個粒子相互作用比喻成兩個靶面碰撞。

  碰撞面積越大，則就越容易發生碰撞。

  而物理學家發現，力越強，則碰撞面積越大。

  四大力按照強度排序：強力＞電磁力＞弱力＞引力。

  所以，物理學家通過測量碰撞截面，就能知道粒子的作用過程是受哪個力控制。

  回到上面，要如何解釋Λ子的問題呢？

  這時候，美國物理學家蓋爾曼提出了一個新的量子數：「奇異數」。

  這是一個和同位旋類似的量子數，是蓋爾曼在研究了大量的粒子性質後，假想的一個量子數。

  想的過程也很簡單，就是加減乘除硬湊。

  比如一個粒子衰變中，有重子數1、輕子數1、電荷數+1、自旋1/2、同位旋2/3等等量子數。

  按照規律，這些量子數的數值在作用前後都需要守恆才行。

  但是現在Λ子不守恆了。

  好辦，新加個奇異數湊守恆就行了。

  就是如此樸實無華的理論。

  這裡，其實也能體現出民科和真正物理學家的區別。

  前者的湊，那是毫無理由和基礎的湊；而後者的湊，是在深入研究已有結果的基礎上，能完美解決問題。

  兩者不可混為一談。

  解決了不守恆的問題後，物理學家開始系統地研究這些新粒子。

  很快，大家就發現，通過讓這些已知的粒子發生碰撞，能得到很多的人造新粒子。

  （碰撞產生新粒子有相應的理論能證明，這裡就不提了。）

  於是乎，到了60年代，粒子家族的成員已經超過了300種，連希臘字母都快不夠用了。

  其中絕大部分都是各種各樣的強子。

  最重要的是九種介子和九種重子。

  九種介子：ρ+、ρ0、ρ-、K*+、K*0、反K*0、K*-、ω、ф。

  九種重子：Σ*-、Σ*0、Σ*+、≡*-、≡*0、Δ++、Δ+、Δ0、Δ-。

  這些粒子同樣擁有自己的電荷數、重子數、同位旋數、奇異數等各種量子數。

  這時候，物理學家們已經被300多種粒子折磨的死去活來。

  比如發現蘭姆位移的那個蘭姆，就曾無奈地說過：

  「以後誰要是再發現新粒子，先罰他1000美元再說。」

  可見越來越多的粒子已經把大家都逼瘋了。

  要是在以前，發現新粒子是多麼大的榮譽啊，整個學界都要震驚，普天同慶。

  但是現在，新粒子多到物理學家已經想吐了。

  果然，什麼東西一玩膩了，就沒意思了。

  而且，大家也不需要把這些粒子記得那麼清楚。

  因為費米也記不住

  他還打趣說：「誰要是能記住所有的粒子名稱，誰就能成為生物學家了。」

  好一個鄙視鏈啊。

  玩笑歸玩笑。

  這時候，一個最嚴峻的問題擺在了物理學家面前：

  「這些粒子都是不可再分的基本粒子嗎？」

  在當時，所有物理學家都會異口同聲地回答：

  「不可能！」

  「絕對不可能！」

  「這些粒子數太多太雜了。」

  「我們的宇宙是那麼的美麗和對稱，絕對不可能有如此臃腫垃圾的底層代碼。」

  所謂屎山代碼，物理學家也是深惡痛絕的。

  於是，粒子物理學有了新的目標：揭開強子的內部之謎。

  物理學家們堅信，這些不同的強子，肯定是由更基本的粒子組成。

  就像元素只有幾十種，卻能組合成成千上萬的化合物一樣。

  提出更基本的粒子誰都會，但關鍵是有什麼證據？如何證明？

  很多物理學家都提出了各種各樣的模型。

  但最終全部都失敗了。

  這時，提出奇異數的蓋爾曼又出手了。

  他和其他人的想法都不同。

  「咱先別管那個更基本的粒子是什麼。」

  「先把已有的這些強子們進行更細緻的分類吧。」（李奇維提出的思想）

  那麼，要怎麼分類呢？

  蓋爾曼不愧是絕世天才，他從量子數守恆的原理出發，把強子按照量子數進行分類。

  他畫出了一個非常類似【華夏八卦圖】的圖形。

  他把那些強子按照量子數的某種規則，放在八卦圖的各個節點。

  前面說過，粒子會發生衰變，變成新的粒子。

  所以，八卦圖節點之間的連接就是衰變行為。

  這樣一來，從哪個粒子到哪個粒子的路徑就一目了然了。

  但這時候又產生了一個問題。

  八卦圖只有八個節點，而新發現的卻有九種介子、九種重子。

  九比八多一，仿佛是大道的一線生機。

  當強行把九種粒子放入八卦圖後，圖形就不對稱了，露出了一截小尾巴。

  這時候，物理學家的信仰又開始發揮作用了。

  「宇宙一定是簡潔而對稱的！」

  蓋爾曼靈感爆發，大筆一揮：

  「這裡應該還存在一種新粒子！」

  「加上它，八卦圖就變成了強子十重態，依然是對稱的。」

  蓋爾曼把這個新粒子稱為「Ω粒子」，它是一種重子。

  很快，1964年，物理學家通過Κ-介子與質子的碰撞，發現了Ω粒子。

  蓋爾曼一戰封神！

  這個成果也是他獲得諾獎的主要原因。

  但到了這裡，故事還沒有結束。

  強子的內部到底還有沒有結構呢？

  此時，蓋爾曼已經是強子領域的絕對權威。

  他的分類法讓雜亂無章的粒子變得非常規整，猶如掌上觀文。

  蓋爾曼再次發起衝鋒。

  他的思路很簡單，先假設存在一個這樣的基本粒子，它能組合出目前已知的任何強子。

  靠什麼組合？

  想必聰明的你肯定猜到了。

  沒錯，還是量子數。

  蓋爾曼故技重施，通過量子數來「硬湊」。

  他構想了三種基本粒子，分別是：上夸克u、下夸克d、奇夸克s。

  此外，還有它們各自的反版本，即反上夸克、反下夸克、反奇夸克。

  前面說過，在八卦圖中，通過量子數的加減就能解釋粒子的衰變秘密。

  而現在這六種夸克也有自己的量子數。

  蓋爾曼就想：

  「只要我通過六種夸克的量子數，能組合出所有已知強子的量子數，那不就說明夸克就是更基本的粒子嗎？」

  說干就干！

  一干還真行！

  蓋爾曼的夸克模型，真的能組合出當時已知的所有強子。

  其中，兩個夸克能組成一個介子；比如π+介子是由一個上夸克和一個反下夸克組成。

  三個夸克能組成一個重子；比如，質子就是由兩個上夸克和一個下夸克組成。

  可以看出，牛逼哄哄的夸克和夸克模型，其實完全就是靠量子數硬湊出來的。

  不是大家想像的那種：一位大佬絞盡腦汁，通過各種複雜深奧、高深莫測的理論推導出來的。

  好像我上我也行的樣子。

  1964年，蓋爾曼正式發表了自己的夸克理論。

  很顯然，當時大部分物理學家都不接受這個理論。

  「這他娘硬湊出來的能行嗎？」

  「就算是大佬也不能這麼玩吧。」

  而且最重要的是，夸克所帶的電荷是分數，這就有點太扯淡了。

  電子的電荷是一個單位基本電荷，經受住了無數的考驗。

  而電子又是公認的基本粒子，不可再分。（蓋爾曼的理論中，電子也不可分）

  所以，分數電荷算怎麼回事？

  但蓋爾曼畢竟是超級大佬，他的理論再離譜，大家也會去研究。

  畢竟之前人家湊出來的Ω粒子，最後還真的被找到了。

  也許夸克是同樣的情況。

  於是，很多人開始尋找夸克這個「更基本的粒子」。

  結果怎麼說呢？

  既找到了又沒有找到。

  因為實驗人員發現用電子撞擊質子時，確實撞到了質子的某種內部結構。

  這表明，質子並不是基本粒子，它的內部還有東西。

  但是不是蓋爾曼預言的夸克，誰也說不準，因為夸克太小了，超出了檢測能力。

  所以，最後得出結論：夸克可能存在。

  蓋爾曼再次封神！

  這時候，有人著急了：

  「作者，你怎麼還沒講到標準模型啊。」

  不急。

  從1964年到1974年，這十年間，蓋爾曼的夸克理論越來越受到重視。

  因為新發現的各種強子現象，都可以用三種夸克和它們的反夸克解釋。

  看來三種夸克就是基本粒子了。

  然而，就在這時，一位華人大佬出手了！

  「三個夸克它也不對稱啊！」

  （還有更新耶）