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物理学的一系列成功的，无疑代表了以还原论理论为其基础的现代物理学思想的一个胜利来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-395.html。物理学家们试图把物质还原为最终的构件——轻子、夸克、信使粒子——从而得以瞥见那基本的定律。而正是那基本的定律控制着形成物质的结构和行为的力量，从而能够解释宇宙的很多基本特点。

尽管如此，以这种方式追寻某种已被感觉到的终极真理是远远不够的。例如，我们不能用夸克来理解意识、活的细胞，甚至也不能根据夸克理解诸如龙卷风之类的无生命的系统，否则一定会闹出笑话的。

到目前为止，本章所用的语言在很大程度上并没有传达出物理学家心目中的物质结构的概念。当一个物理学家说，质子是由夸克“组成的”时，他的本意并非如此。比如，我们说一个动物是由细胞组成的，或一个图书馆是由书组成的时候，我们的意思是说我们可以拿来一个细胞或一本书，或从那较大的系统那里随便拿来什么东西，进行孤立的研究。但夸克却不是这样。就我们所知，不可能真地拆开质子拿出夸克来来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-592.html。

然而，拆开原子现在已成了家常便饭；原子核敲开较难，但在高能的冲击下也会分裂。这或许意味着用高速粒子轰击质子或中子，将会把质子或中子粉碎为夸克。然而，实际情况却不是这么回事。一个极小的高速电子会穿过质子的内部，将其中的一个夸克猛烈地弹开，从而使我们确信质子内部的什么地方确有夸克。但是，若打击质子的不是小小的电子，而是一个大锤，即另一个质子，那么，我们就不会在质子的碎片中看见夸克，而只能看见更多的强子(质子、介子等等）。换言之，夸克从不孤立地出现。大自然似乎只准许夸克以集体的面目出现，出现的时候总是2个2个或3个3个地在一起。

因此，当物理学家说质子是由夸克组成的时，他的意思并不是说这些神秘的夸克可以单独地显现出来。他只是指一个描述层面，这一层面比质子层面更基本。管辖夸克的数学法则要比管辖质子的更质朴，更基本。从某种意义上说，质子是合成的，不是基本的；但质子由夸克的合成与图书馆由图书的合成不是一码事来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-567.html。

如果将量子因素纳入考虑之中时，理解物质的基本结构便更为困难。这是因为，没有哪种亚原子粒子（不管是夸克还是什么别的基本粒子）是货真价实的粒子。实际上，亚原子粒子可能连“东西”都算不上。这就使我们又一次认识到，所谓物质是某某粒子的集合这种描述，实际上必须被看作是由数学所确定的描述层次。物理学家对物质结构的精确描述只能通过抽象的高等数学来进行，而人们只有认识到这一背景，才能明白还原论所说的“由……组成”的真正含义。

海森堡的测不准原理的一个方面，很好地说明了量子因素给研究“什么是由什么组成的”这一课题带来的困难。但这次的二象性，不是波粒之间的二象性，也不是运动与位置的二象性，而是能量与时间之间的二像性。能量与时间这两个概念处于一种神秘莫测的对立关系之中：你知道了一个就不知道另一个。因而，哪怕在一个很短的时间内观察一个系统，其能量也有可能发生巨大的起伏。在日常的世界里，能量总是守恒的，是能量守恒的经典物理学的柱石。但在量子微观世界里，能量可能以自发的、不可预测的方式不知从哪里冒出来或消失在哪里。

当考虑到爱因斯坦著名的E=mc2的公式时，量子能量的起伏就变成了复杂的结构。爱因斯坦的公式说的是，能量和质量是相等的，或者能量能够创造物质。这里，我们想讨论一下，在没有外部能量输入的情况下，物质粒子如何能从量子能量的起伏中被创造出来。海森堡的原理颇像个能量库。能量可以短期借用，只要迅速归还就行。借用期越短，可借用的量就越大。

从量子的角度来看，一个电子不仅仅是一个电子。变换能量的花样在其周围闪烁着，不知什么时候突然促成了光子、质子、介子甚至其他电子的出现。总之，亚原子世界的一切都附着在电子上，像是电子穿上了看不见摸不着的、转瞬即逝转瞬又来的一件大衣，或者说，像是幽灵一样的群蜂嗡嗡地围着中间的蜂巢飞翔，构成了蜂巢的覆盖物。当两个电子相互靠近时，它们的覆盖物也纠缠在一起，于是，相互作用就发生了。所谓的覆盖物，只不过是将先前被看作是力场的东西加以量子的表达罢了来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-428.html。

我们永远也不能将电子跟其所带有的幽灵粒子分离开来。当有人问“什么是电子”时，我们不能说电子就是那个小粒子；我们必须说电子是不可分离的一整串东西，包括跟它在一起的产生力的幽灵粒子。说到具有内部结构的强子，就更加模糊难辨了。一个质子不知为何总是带着夸克，而夸克又是由胶子连在一起的。这里也有一种怪圈：力由粒子产生，而被产生的力又产生力……

而对光子这样的粒子来说，这种怪圈意味着光子可以展现出很多不同的面孔。通过借入能量，它可以暂时变成一个正负电子对，或一个正反质子对。已有人进行了实验，试图看到光子是如何变成正负电子对或正反质子对的。但是，人们又一次发现，要想从这种错综复杂的变化中分离出来“纯”光子是不可能的。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-624.html

就大多数不稳定而且寿命又极短的粒子来说，已难以说清哪些是“实在的”，哪些是“幽灵”。有一种ψ粒子，在11021秒内就衰变了；而由海森堡原理造成的正负电子对，其寿命也跟ψ粒子差不多。谁能说前者是实在的，后者只是个幽灵呢？来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-669.html

一位叫杰弗里·邱的美国物理学家曾把亚原子世界中的这种闪烁不停的变幻比作一个民主政体。我们不可能抓住一个粒子，说它就是某某实体。我们必须把每一个粒子看成是在一个没有终结的怪圈中由所有的其他粒子组成的。没有哪一个粒子比其他任何粒子更基本。

我们将会看到，物质的本性在其量子论方面具有强烈的整体论的味道：物质的不同层面的描述是相互连锁的，一切东西都是由另外的一切东西组成的，然而一切东西同时又显示出结构的等级次序。物理学家们就是在这无所不包的整体性中追寻物质的终极分成，追寻终极的、统一的力。

1916年，当爱因斯坦提出广义相对论时就曾预言，具有大质量物体作加速运动时，可能要产生引力波来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-404.html。当时许多科学家对引力波是否存在表示怀疑。直到物理学家皮拉尼·邦迪等人从理论上证明了引力波的存在，以及有可能被探测到，这才引起了人们研究引力波的兴趣。

尽管对引力波的检测至今还没有直接证明，但是，科学家们并不怀疑引力波的存在，都在想方设法，使引力波的面目大白于天下。

世界的本源是物理学家所认为的，由粒子和力场构成的吗？

粒子（particle）指能够以自由状态存在的最小物质组分。最早发现的粒子是原子、电子和质子，1932年又发现中子，确认原子由电子、质子和中子组成，它们比起原子来是更为基本的物质组分，于是称之为基本粒子。以后这类粒子发现越来越多，累计已超过几百种，且还有不断增多的趋势；此外这些粒子中有些粒子迄今的实验尚未发现其有内部结构，有些粒子实验显示具有明显的内部结构。看来这些粒子并不属于同一层次，如今统称为粒子。粒子并不是像中子、质子等实际存在的具体的物质，而是它们的统称，是一种模型理念。

基本粒子是个相对的概念。一般认为，基本粒子是没有可测量的内在结构的粒子，就是说，它不是其他粒子的复合。它们是量子场论的基本物质。基本粒子可以根据它们的自旋分类，费米子有半整数自旋而玻色子有整数自旋。所谓基本粒子就是构成物质的最基本的单元。根据作用力的不同，粒子分为强子、轻子和传播子三大类。基本粒子要比原子、分子小得多，现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。质子、中子的大小，只有原子的十万分之一。而轻子和夸克的尺寸更小，还不到质子、中子的万分之一。

在历史上，基本粒子指构成物质的最基本的单元。但在夸克理论提出后，人们认识到基本粒子也有复杂的结构，故现在一般不提“基本粒子”这一说法。根据作用力的不同，粒子分为强子、轻子和传播子三大类。强子就是是所有参与强力作用的粒子的总称。它们由夸克组成，已发现的夸克有五种，它们是：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。理论预言还有第六种夸克存在，已命名为顶夸克，但目前尚未发现来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-295.html。现有粒子中绝大部分是强子，质子、中子、π介子等都属于强子。(另外还发现反物质,有著名的反夸克,正在研究中，如若反物质假说成立,应该还存在另外的反粒子，甚至可能有反地球，反宇宙) 轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用，而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有六种，包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。电子、μ子和τ子是带电的，所有的中微子都不带电；τ子是1975年发现的重要粒子，不参与强作用，属于轻子，但是它的质量很重，是电子的3600倍，质子的1.8倍，因此又叫重轻子。传播子也属于基本粒子。传递强作用的胶子共有8种，1979年在三喷注现象中被间接发现，它们可以组成胶子球，但至今尚未被直接观测到。传递弱作用的W+，W-和Z0。中间玻色子是1983年发现的，非常重，是质子的80一90倍。

换个说法，粒子是概念大致没有变化，基本粒子的概念提出后，随着科学研究的深入，很多曾经的“基本粒子”发现有复杂的结构，或者是由其它更基本的粒子构成，因此“基本粒子”也就不“基本”了。因此，“基本粒子”这个概念，已经基本不用了。

构成物质微观结构的最小粒子是什么？基本粒子有哪些特征？粒子物理学家利用什么仪器设备发现它们？来源:https://www.wzwebi.com/cshi/202501-524.html

基本粒子和场的分界含混不清。量子场论为每种基本粒子都配上一个相应的场，因此如果有电子就一定有电场。而从另一角度来说，力场并不是连续的，而呈量子化，因而产生了像声子（phonon）这样的粒子。如此一来，粒子和场的区分看起来就是人为定义的，物理学家常常会谈论这两个概念哪个更基础来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-301.html。直到今天，我们在描述中仍然使用粒子和场这两个概念，尽管大多数物理学家都承认，这些经典概念并不符合量子场论描述的内容。如果我们对“粒子”和“场”的传统认知观念并不符合理论描述，物理学家和哲学家就必须弄清楚用什么来取而代之。

面对这两种标准的经典概念带来的困境，物理学界中的一些哲学家已经开始构想一些更 “玄幻”的基元来替代它们。他们提出，物质世界最基本的构成应该是一些无法具象的内容，比如说“联系”和“属性”。一个颠覆性的想法是，宇宙万物都可以被还原成无形的内容，而不必借助任何实体概念。这实在是一个违背常理的革命性想法，但有些支持者认为，物理学会迫使我们接受这种革命。

首先，经典概念中的粒子意味着局域在某个位置附近的某种存在，但量子场论中的“粒子”并没有明确定义的位置：你身体中的某个粒子并不严格局限于你的身体之内，如果有人想要测量它的位置，他会发现，这个粒子有很小但不为零的概率出现在遥远的宇宙边际。虽然这个问题在早期量子理论中就已经出现，但随着理论物理学家将量子力学和狭义相对论揉合在一起，问题就变得更严重了。相对论性量子粒子（relativistic quantum particle） 极其狡猾，它们居无定所，浩瀚宇宙处处为家。

粒子无法精确定位导致了一个极端情况出现——在量子场论中，真空会有相互矛盾的性质。假设你现在有一个完整的真空，按照定义就是包含0个粒子的状态，但局限到其中某个有限区域，你看到的情况会与真空大相径庭。换句话说，虽然你家里整体空空如也，但处处都能找到粒子。要是消防员问你屋里还有没有人，你回答说整体上没有，但等他冲进火海却发现每间屋里都挤满了人，他肯定会质疑你的精神是否正常来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-664.html。

因为物质都是由分子、原子或离子构成的，分子是由原子构成的，带电的原子就是离子，所以说“构成物质微观结构的最小粒子是什么？”就是要写原子的内部结构，若有3空写质子、中子、电子，若有2空写原子核和电子。

基本粒子就是指在不改变物质属性的前提下的最小体积物质，它们的质量体积都很小。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-686.html

加速器（一种使带电粒子增加速度（动能）的装置）；扫描隧道显微镜?（利用量子隧道效应产生隧道电流的原理制作的显微镜。其分辨率可达原子水平，即观察到原子级的图像。在生物学中，可观察大分子和生物膜的分子结构）

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