【第五课：夸克是否构成物质的极限？】
很多人可能第一次接触到夸克的概念，都是在高中的物理课上。
同时，普遍的观点是，夸克可能是迄今为止人类发现的最微小的物质结构，但它不可能是终极的最小单位，更微小的物质结构的存在是有可能的，只是我们目前的技术还无法观测到它们。
目前科学界还不确定夸克内部是否还有更小的粒子存在。在现行的标准模型中，夸克被视为基本粒子，即构成物质的最基础单元。
当然，夸克被称为基本粒子，并不意味着它们就是最微小的粒子，随着科学的进步，对基本粒子的定义也可能会更新。
从哲学的角度出发，夸克可能还拥有更复杂的内部结构。
因为在某些哲学理论中，宇宙中的一切要么是无限可分的，要么是由一种基本的、不可再分的物质组成。这种基本物质应当是均质的，具备完全相同的属性。
但夸克及其反粒子共有12种，它们在质量和电荷上各不相同。因此，一些信奉这种哲学理论的物理学家认为夸克是可分的。
然而，哲学是哲学，事实是事实。哲学虽能引导思考，但不能决定现实。
那么夸克真的有内部结构吗？
现代物理学的回答是：没有！
因为夸克是最基本的粒子，属于不可再分的类型。
标准模型将基本粒子定义为物质的最终构成单位，不可再分。所以按照现有的物理理论，夸克的内部结构是未知的，或者说尚未被证实存在的弦。
是否物质的细分就此止步于夸克？
无论是直觉还是逻辑上，这都是难以令人接受的。
为什么物理学家坚称夸克不可再分呢？
这与四种基本作用力紧密相关。所谓基本力，是因为它们构成了宇宙中最根本的相互作用。
所有大尺度的力学现象最终都可以追溯到这些基本力，如果基本力背后还有更深层的机制，那么它们就不再是「基本」的了。
例如，摩擦力和弹力本质上是电磁力的表现，它们不是基本力，因为它们可以被进一步分解为电磁力的作用。
地球绕太阳运动的向心力也不是基本力，而是引力的一种表现。
因此，基本力的传递必须由基本粒子来完成。如果基本力的介质不是基本粒子而是复合粒子，那么这些复合粒子内部又是由什么力维系的，这样这些力就不能被视为基本力了。
我们已知，电磁力由光子传递，光子是基本粒子。
弱力由W和Z玻色子传递，它们也是基本粒子。
强力由胶子传递， 胶子 也是基本粒子。至于引力，虽然引力子尚未被发现，但科学界普遍认为引力子也是基本粒子，在标准模型中已有其位置。
那么，夸克能否被进一步细分呢？
答案是，它们是不可分的基本粒子。
因为电子能发射光子，光子是基本粒子，这说明电子也是基本粒子。如果电子内部还有结构，那么光子的辐射就不会源于电子，而目前没有任何证据表明电子有内部结构。
理论上，基本力的介质应由相同级别的粒子产生。
基本粒子间的相互作用应当是平等的，如果不是，则基本粒子应当与复合粒子的内部结构有关，而不是与复合粒子本身有关。
现在我们再考虑弱力和强力。
科学家们发现，弱力和强力的作用都发生在夸克级别，夸克的味变引起弱力，夸克间的禁闭由强力引起。
这两种基本力都在夸克级别上发挥作用，因此我们有理由相信夸克是基本粒子，且不可再细分。
为什么夸克不能被拆分开？
因为夸克无法单独存在，更不用说单独撞击夸克了。
夸克通常以三个一组的形式存在，组成质子或中子。夸克间通过强力相互作用，由胶子负责传递这种力。
强力与电磁力和引力的性质正相反。
我们知道，电磁力和引力随距离的增加而减弱。
但夸克间的强力却是相反，稍微增加距离，强力就会急剧增强，这就是所谓的夸克禁闭。
因此，要拉开夸克，需要投入巨大的能量。
这主要是由于胶子将夸克连在一起，形成了强力和夸克禁闭效应。
尽管胶子难以从夸克中脱离，但只要能量足够，胶子仍可摆脱夸克的束缚。
一旦胶子脱离夸克，释放的能量会形成新的正—反夸克对，这些新形成的夸克对就构成了介子，介子是核力的一部分，负责维持原子核的稳定。
如果没有核力，正电的质子会相互排斥，正是由于核力强于电磁力，质子才能聚集形成稳定的原子核。
现在很多科学家对能够撞开夸克持悲观态度，因为夸克已经被纳入基本粒子的范畴。
基本粒子的定义就是不可再分的最终粒子。物质的细分至此也就告一段落了。
然而，许多科学家并不接受这一点。毕竟夸克的不可再分仅仅是当前标准模型的一个妥协。
当前的标准模型还不够完善，存在许多不足之处。
理论上，物质的最小尺度被认为是普朗克长度。
这并不意味着普朗克长度
以下不存在任何物理现象，而是在普朗克长度以下的现象不会影响到我们的现实世界。
也就是说，存在着两个分开的世界：普朗克长度以上的物理世界和普朗克长度以下的世界，这两个世界的物理规律不互相影响。普朗克长度以下可能不存在引力、弱力和电磁力。
按照普朗克长度的定义，我们的现实世界的最小尺度就是一个普朗克长度，因此我们有理由相信，可能存在一个刚好为普朗克长度的物质，这种物质才是构成世界万物的最终单元，进而组成原子，再组成宏观世界。
在文章的结尾，我必须强调：所有这些推测都是基于现有的物理理论框架。
如果未来发现夸克内部还有更微小的结构，那将彻底推翻整个标准模型，并可能导致弱力和强力被剔除出基本力的行列。
如果这样，标准模型中的基本粒子的定义将会彻底被重新编写。
实际上，我倒是希望这样，如果科学总是遵循简单美观的原则发展，物理学就会在牛顿时代就告一段落。那么我们也就不会有现代的量子力学和相对论，也享受不到这些理论带来的科技成果。
