人們一直在思考這樣一個問題：物質是否可以無限細分。如果存在一種最小的物質單位，那麽這種物質到底是什麽呢？
按照現代物理學的理解，物質可以細分到誇克這一層級，此時再細分就無從談起了。透過閱讀這篇文章，你將會理解其中的原理。
在20世紀初之前，電子顯微鏡還未問世，盡管科學家們已經知曉原子的存在，但對於物質的了解幾乎還是一片空白，僅停留在對分子的認識上。
在19世紀末到20世紀初，科學家們發現了比分子更微小的結構，即原子。
由於缺乏顯微鏡，原子的具體形態無法直接觀察，只能透過現象來推測其可能的結構。
道爾頓
1803年，道爾頓首次提出了現代的原子模型，他認為原子是物質世界的最小單元，是一種不可再分的固態球體，萬物都是由這種基本單元按不同方式組合而成的。
這一理念承接了古代哲學家德謨克利特的原子論，並基於主觀推理得出。
到了1890年，人類已經發明了陰極射線管，透過射向硫化鋅，能夠看到綠色的熒光。這些綠光實際上是磁場控制下帶負電荷粒子流產生的現象。
陰極射線管的發現使物理學家意識到原子可以帶電。
有時原子呈電中性，有時則帶電。科學家因此推測電子並非構成實心球，而是嵌入其中。
原子的電中性表明其內部必有帶正電的物質以抵消電子的電荷。
而原子的帶電則說明其內部正負電荷比例不平衡，可能是正電荷稍微多一些，從而使原子整體帶正電，反之亦然。
這時，科學家已經明白原子由電子和正電物質組成，便開始探索這些電荷是如何分布的，從而引發了對原子模型的各種假設。
例如，湯姆森提出的「葡萄乾麵包」模型認為原子內部的正負電荷均勻分布，就像麵包中的葡萄乾。
隨後，拉塞福透過α粒子散射實驗，得出了原子內部有一個帶正電的原子核，原子核外電子圍繞著它運動，就像行星圍繞恒星一樣，服從圓周運動的法則。
拉塞福時代的物理學對原子的理解仍基於經典力學。
但不久後，科學家根據馬克士威的電磁理論發現，繞原子核運動的電子會釋放電磁波，這表示能量的損失。如果電子持續失去能量，按照行星繞恒星的理論，它們應該會墜向原子核，這一過程理論上在宇宙初期就應完成，使得所有原子核周圍不可能有電子持續存在。
因此，需要一個新的原子模型來解釋這一現象，此時波爾登場。波爾是真正將原子模型量子化的物理學家，他的理論使原子模型變得復雜難懂。
當時，普朗克的能量量子化理論及愛因史坦的光電效應已被科學界接受。
1913年，波爾根據氫原子光譜提出了電子能階模型，認為電子在原子核外存在不同能階，並非類似行星軌域的連續過渡，而是躍遷式的，即電子在吸收一定能量後可以從一個低能階直接躍遷至高能階。
波爾的原子模型提出後，新的問題隨之浮現。
既然一切由原子構成，原子又由原子核和電子構成，那麽電子和原子核的構成是什麽？
電子的研究早已開始，一直持續至波爾模型提出。但科學家們發現，電子吸收的能量是量子化的，推測電子不應有內部結構。
若電子有內部結構，則其吸收和釋放的能量無法完全對應光譜，因為內部結構可能「吞噬」部份能量，導致光譜與電子能量躍遷的線性關系無法匹配。
因此，從那時起，物理學家基本上認為電子是最基本的粒子，不再尋求探索其內部結構。
盡管拉塞福最早發現了原子核，但對於原子核的內部結構卻一無所知。
同時，拉塞福的散射實驗已表明，原子核的品質遠超電子，很可能擁有更小的內部結構。
已知原子核帶正電，如果原子核具有內部結構，則這些正電荷應來源於內部物質。
我們現在知道，原子核是由帶正電的質子和不帶電的中子組成。
由於中子不帶電，當時很難觀察到它們，曾誤以為原子核僅由質子構成。
實際上，質子的存在早在拉塞福的散射實驗中就已確定，他將原子核稱為質子，當時認為原子核即質子，因此探索原子核的內部結構就等同於研究質子的內部結構。
拉塞福意識到，如果原子核僅由質子構成，則會出現原子品質不守恒的情況。
當時拉塞福預測原子核內還有一些不帶電荷的中性物質，這些物質承擔了部份原子品質，但缺乏實驗證據。
直到1932年，科學家在硼-10撞擊氮-13的實驗中發現了原子核中的不帶電的粒子，即中子。
這時，物理學才明確原子核由質子和中子組成。
新的問題隨即出現：質子和中子是否有內部結構，它們由什麽構成？
隨後是誇克的登場，我們現在知道誇克具有「色荷」特性，因此研究誇克間的交互作用也被稱為量子色動力學。
由於誇克的發現較晚，量子色動力學直到上世紀60年代中期才開始取得進展。
誇克的發現過程十分
復雜，沒有深厚的物理背景可能難以理解。
我計劃後續專門撰寫一篇關於誇克發現過程的文章。
本文僅簡單概述了誇克發現的思路。
當時物理學家雖發現了質子和中子，但它們並不特別穩定，有時會相互轉化，即質子在某些條件下會變為中子，反之亦然。
基於簡單的哲學觀念，物理學家認為：若一物質不穩定並能改變狀態，則這種變化必受內部因素影響。
不可再細分的物質應是穩定且不變的，若能變化，則表明其內部存在更小的結構起作用。
最早從理論上預測誇克存在的是蓋爾曼和茨威格，他們於1964年提出了相應的誇克模型。
直到1968年，在史丹佛線性加速器中心的深度非彈性散射實驗中發現了質子內的更小點狀物，從而確認質子具有內部結構，這些點狀物即誇克。
誇克是否有內部結構？
現代物理學的觀點是：沒有！
誇克被視為最小的物質單位，屬於基本粒子。
在標準模型中，基本粒子代表了物質的最小單元，無法再細分，因此物質的細分終結於誇克。或者更嚴格地說，在目前的物理框架下，誇克的內部結構是未知的，或可能是未證實的弦。
許多人可能難以接受物質僅細分至誇克的觀點，無論從感性還是理性角度。
為何物理學家認為誇克不可再細分？
這與四大基本作用力有關，基本力因其在宇宙中的基礎性交互作用而得名。
所有宏觀世界的力學現象都可追溯至這些基本力，若基本作用力有更深層機制，則不再稱其為基本力。
例如，摩擦力和彈力本質上是電磁力的宏觀表現，摩擦力之所以非基本力，是因其深層原因即電磁力。
地球繞太陽的向心力亦非基本力，僅是重力的一種表現。
因此，基本力的傳遞必須由基本粒子承擔。如果基本力的傳播子非基本粒子而是複合粒子，則複合粒子內部必有其他力作用，這些所謂的基本力便不再是基本力。
我們已知，電磁力的傳播子為光子，它是基本粒子。
弱力的傳播子為W和Z玻色子，同為基本粒子。
強力的傳播子為膠子，亦是基本粒子。重力的傳播子為重力子，盡管未發現，科學家堅信其為基本粒子，並在標準模型中為其預留了位置。
這些與誇克是否可細分有何關聯？
不可細分表明誇克是基本粒子。
因為電子能放射線光子，並作為最初的誕生途徑之一。
光子作為基本粒子，表明電子亦必須為基本粒子，若電子非基本粒子，則放射線光子必由其內部引發，電子便非光子最初的放射線源，目前無證據顯示電子有內部結構。
理論上，基本力的傳播子的生成應由同級別粒子引發。
基本粒子之間的交互作用應為同級別，若非同級別，則基本粒子應與複合粒子的內部結構互動，而非與複合粒子本身互動。
再考察弱力和強力。
科學家發現，這兩種基本力的作用均發生在誇克級別，誇克的味變觸發了弱力，誇克間的禁閉由強力引發。
因此，有充分理由認為誇克是基本粒子，且不可再細分。
在文章的結尾，必須強調：所有推測均建立在現有物理框架之上。
若未來發現誇克有更小的物質成分，將徹底顛覆標準模型，並可能導致弱力和強力被排除出基本力。
這將徹底重寫標準模型中的基本粒子。
實際上，我個人更希望這種情況發生，如果科學僅按照人類的簡單美好觀念發展，物理學將在牛頓時代告終，也就不會有今天的量子力學和相對論，我們自然無法享受這些理論帶來的科技成果。
