“基本粒子”研究的发展

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1、“基本粒子”研究的进展的发现，使“基本粒子和复合粒子的区分从此根本消失了”，“分割”与“组合”等词已失去了意义。“物质无限可分”的思想在这里必然要遭到恶性循环，而物质存在基本最小单位的假说，也有难以逾越的障碍……──海森堡如是说一、基本粒子究竟是什么？人们常爱思索的一个问题是：世界的本原是什么？古代许多著名的哲学家曾用主观的臆想和直觉给出了形形色色的回答。比如古希腊哲学家泰勒斯的“万物由水构成”；毕达哥拉斯的“万物皆数”；赫拉克利特的“火是万物的本质，万物都在永恒的变化着”；巴门尼德的“事物的永恒不变性”，恩培多克勒的“

2、四元素说”，以及德漠克利特的原子论。中国古代也有“元气说”和“阴阳五行说”等。这些说法中并不乏真知灼见。1．人们一度认为：电子、中子、质子是物质的基本粒子近代，首先是道尔顿复活了原子论，并且比较令人信服地把原子论置于坚实的科学基础之上。19世纪末，英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆孙（1856～1940年）发现了电子，使人们不再认为原子是不可分割的。随着人类生产力的发展和实验技术的进步，科学家又相继发现，组成原子的原子核也是由质子和中子构成的。与此同时，人类的科学抽象思维和认知能力也获得了长足的进步。到1926年，量子力学的

3、建立奠定了现代理论物理的基础。当时，物理学家眼中的世界还是比较简单的，他们认为世界是电子、中子、质子三种粒子构成的，而光子是辐射场量子，因此，构成物质世界的基本单元只有电子、中子和质子三类基本粒子。但擅长于哲学思考的理论物理学家已提出了某些重要的看法。海森堡在思考了云室中电子的径迹后就问，这径迹真的是电子的轨迹吗？实验中观测到的只不过是一些电离化了的气体离子所凝聚的微小液滴。从这一思考中，他得出了著名的“不确定原理”。并进而考虑到电子究竟是什么？难道它不是人们为概括某些现象所作的假设吗？可惜这些想法并没有为潮流所重视。2

4、.后来竟然发现了几百种粒子在随后的年代中，新的粒子不断被发现。自狄拉克1928年从理论上预言了反粒子的存在并很快被实验物理学家观测证实以后，物理学掀起了一次搜寻基本粒子的浪潮。到今天，人们己发现了几百种形形色色的粒子，但它们大多数都是非常短命的，它们之间的相互转化是极为普遍的。因此，物理学家又提出了许多模型和理论，如夸克模型、大统一理论等。这些理论又预言了更深层次的基本粒子，层次越深所受的束缚就更大，于是，粒子物理学家们花费了昂贵的代价，建造起能量越来越高的加速器，希望不断重温狄拉克时代的美梦——理论上预言的粒子被观测实

5、证。当然，他们也有许多收获，如丁肇中发现J/y(pusai)粒子等。此时，物理学家们陶醉在他们的收获之中，对于海森堡的一些相反观点似乎不大愿意接受。3.海森堡认为：宇宙的本质是能量和对称性海森堡1975年在德意志物理学年会上作了题为《基本粒子是什么》的报告。在这个报告中，他强调了在基本粒子层次，“分割”与“组合”等词已失去了意义。“基本粒子和复合粒子的区分从此根本消失了”，因为，相对论早就表明，质量和能量是一回事，早已在原子弹的爆炸声中为世人所体验。在微观世界中，所谓粒子只不过是能量在某种对称性原则限制下的表现形式。两个

6、高能粒子的碰撞会产生出众多的粒子，并不能由此断定两个粒子是由这众多的粒子构成。因此，经典意义下的分割和组合已失去了意义。   拿夸克模型来说，夸克的质量要比由几个夸克构成的“基本粒子”的质量大，这种情形显然与常识不相容，其原因是什么？原来夸克处于一种极强的束缚之中，“束缚能”就体现为夸克的质量，由此产生了所谓的“夸克禁闭”。要打破这种禁闭，需要极高的能量，这样高的能量非现代技术不行，所以现在的科学家就不断提高加速器的能量。可是，即使将来某一天发现了自由夸克，人们还是要问，夸克是由什么构成的问题，人们也可以提出某种模型，设

7、想夸克是由更深一层次的某种粒子构成，而这种粒子的质量比夸克还大，因其所受的束缚比夸克更强，要观测到它需要的能量也更强……这样的推断能无限地进行下去吗？古典的“物质无限可分”的思想在这里遭到了恶性循环，物质存在最小基本单元的假说，也有难以逾越的障碍。这种无限小的两难推论，从古希腊一直到近代，哲学家们一直试图解决它而难以如愿以偿。然而，现代物理学的发现已使人们可以重新审查这一两难推论。只要把前述问题换个提法，那么就不是夸克构成粒子，而是两个粒子在某个极限能量以上相碰撞，可以产生夸克了。能量越大，可以产生的粒子的质量越大，这种

8、大质量粒子在平常是观测不到的。可见，宇宙的本质就是能量和对称性：对称性构成了一些基本规则，确立了一些限制；只要有足够的能量，在这些限制下又可以形成形形色色的众多粒子。4.海森堡寻找“粒子的动力学方程”   海森堡把粒子与原子、分子的定态相类比，原子和分子的定态可以由动力学方程即薛定愕方程加上边界条件来确定，而基本粒子