夸克是什么物質(zhì)組成的?物質(zhì)都由原子組成,原子則由原子核以及繞核運行的電子組成,原子核又由質(zhì)子和中子組成(除氕原子核之外),而夸克就是組成質(zhì)子和中子的理論基本粒子 。雖然由于色禁閉,夸克從未被直接觀測到,但很多實驗都能間接表明它們的存在 。在粒子物理學中,引入夸克模型,非常符合實際觀測結(jié)果 。按照目前的認知,夸克是組成物質(zhì)的最基本單位 。不過,按照弦理論,“能量弦”才是物質(zhì)的最基本單位,由于它們的振動和運動產(chǎn)生了我們所觀測到的基本粒子 。但弦理論還只是一種數(shù)學原理,缺乏實驗的證實 。下面,我們來簡單了解一下夸克 ??淇撕洼p子(如電子、μ介子、中微子及其反粒子)兩大類基本粒子組成了宇宙中所有可見的物質(zhì) ??淇耸桥c四大基本自然力(電磁力、引力、強核力和弱核力)都有相互作用的唯一基本粒子 。這些粒子具有色禁閉的基本屬性——夸克都是以強子的形式出現(xiàn),無法被單獨分離出來 。量子色動力學是描述夸克物理性質(zhì)的理論 。就像其他亞原子粒子一樣,夸克可以用三個量子數(shù)來進行描述:自旋J、宇稱P和質(zhì)量m 。因為夸克無法單獨分離出來,所以必須通過觀測由它們組成的較大粒子來推斷其性質(zhì) 。目前已知有六種夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、頂夸克和底夸克 。幾種夸克的質(zhì)量各不相同,它們的質(zhì)量一般用兆電子伏特除以光速的平方(MeV/c^2))來表示 。亞原子粒子是根據(jù)它們產(chǎn)生的能量而不是質(zhì)量來測量的 。上夸克的質(zhì)量最小,頂夸克的質(zhì)量最大,下夸克的質(zhì)量大約是上夸克的兩倍 。包括質(zhì)子和中子在內(nèi)的所有重子,全部都是由三個夸克組成 。例如,質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成,中子由兩個下夸克和一個上夸克組成 。因此,宇宙中的絕大多數(shù)物質(zhì)都是由上夸克和下夸克組成 。此外,夸克所帶的電荷數(shù)不是整數(shù),例如,上夸克攜帶2/3個正電荷,下夸克攜帶1/3個負電荷,所以質(zhì)子帶一個正電荷,中子不帶電 。rr從目前主流的科學觀點看,夸克是基本粒子,是構(gòu)成物質(zhì)的最基本的單元 。基本粒子,就是構(gòu)成一切物質(zhì)的最小的單元,所以夸克以下是沒有物質(zhì)構(gòu)成的 。在科學理論里面,夸克互相結(jié)合,形成一種復合粒子,叫強子,強子中最穩(wěn)定的是質(zhì)子和中子,它們是構(gòu)成原子核的單元 。由于一種叫“夸克禁閉”的現(xiàn)象,夸克不能夠直接被觀測到,或是被分離出來;只能夠在強子里面找到夸克 。美國總統(tǒng)科學獎得主馬塞洛·格萊澤提出新的觀點,他認為,夸克以下還是可以劃分出新的單元,不過,其理論并沒有得到證明 。沒有得到證明的理論,不是科學理論,所以,我還是堅持用夸克是最小的物質(zhì)單元的說法 。近二三十年,有一種新的熱門的(不過,最近也開始降溫了)理論假設(shè)(不是科學理論),叫弦理論 。弦論的一個基本觀點是,自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的點狀粒子,而是很小很小的線狀的“弦”(包括有端點的“開弦”和圈狀的“閉弦”或閉合弦) 。弦的不同振動和運動就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子,能量與物質(zhì)是可以轉(zhuǎn)化的,故弦理論并非證明物質(zhì)不存在 。弦理論的物理模型認為組成所有物質(zhì)的最基本單位是一小段“能量弦線”,大至星際銀河,小至電子,質(zhì)子,夸克一類的基本粒子都是由這占有二維時空的“能量線”所組成 。而夸克就是一個弦的某種振動形態(tài) 。當一維的弦振動的時候,夸克就誕生了 。弦又是什么構(gòu)成的呢?弦以下還有物質(zhì)構(gòu)成嗎?弦就是最小的物質(zhì)單元,你可以把弦看見是一段段振動的空間 。注意了,空間在現(xiàn)代物理學里面,也是物質(zhì) 。弦是不可再分為物質(zhì)的,你可以切割弦(假設(shè)有切割的方法),分離出來的弦還是弦,可以轉(zhuǎn)換為能量,但不會再往下找到更層次的物質(zhì)單元 。就如同一條磁鐵,你切割了磁鐵,磁鐵還是磁鐵 。弦理論還不是科學理論,只是科學假說 。但無論夸克是不是弦,無論弦理論是不是科學理論,從目前的主流的科學理論來看,夸克都是最小的物質(zhì)單元,是不能被繼續(xù)劃分下去的 。至于以后有沒有可能突破科學理論,我們不能下絕對的定義 。在找到新的證據(jù)突破科學理論之前,我們還是應(yīng)該堅持認為夸克是最小的物質(zhì)單元 。
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