許多人可能是在高中物理教材中首次接觸到誇克這一概念。
同時,許多人認為誇克是迄今為止人類發現的最微小的物質構成單位,但他們也普遍認為存在更微小的結構,只是人類目前的觀察技術尚未能夠發現。
至於誇克是否存在更細微的粒子結構,這目前尚無定論。在現有的標準模型中,誇克被視為基本粒子,即它們被認為是構成物質的最基本單元。
然而,將誇克定義為基本粒子並不意味著它們一定是最細小的粒子。隨著物理學的進步,基本粒子的定義可能會持續更新。
從哲學角度出發,誇克很可能擁有內部結構。
因為按照哲學理論,構成宇宙的物質要麽無限可分,要麽有一種最基礎、不可分割的物質存在。這種基礎物質應當是單一且無差別的,具有完全相同的內容。
目前已知的誇克及其反物質共有12種,它們在質素和電荷上存在差異。因此,信仰哲學的物理學家通常認為誇克是可分的。
但哲學是哲學,事實是事實。哲學可以指導思維,但不應決定事實。
那麽,誇克內部真的沒有結構嗎?
根據現代物理學的觀點,答案是否定的!
因為誇克已經是最細小的物質單位,屬於基本粒子。
在標準模型裏,基本粒子是不可再細分的,意味著物質的細分到誇克就已經達到極限。或者更嚴格地說,在目前的物理學框架內,誇克的內部結構是未知的,或者說未被證實的存在。
許多人難以置信,難道物質的細分僅止於誇克嗎?
無論是感性還是理性上,這都是難以接受的。
為什麽物理學家會認為誇克無法繼續細分呢?
這與四大基本力有關,這些力是宇宙中最基本的相互作用力。
所有宏觀力學現象都可以追溯到這些基本力,如果基本力的更深層機制存在,那它們就不能稱為基本力了。
例如,摩擦力和彈力本質上是電磁力的表現,摩擦力和彈力只是電磁力在宏觀上的體現。摩擦力不是基本力,是因為它背後有更深層的電磁力作用。
地球圍繞太陽運動的向心力也不是基本力,它僅是重力的一種表現形式。
因此,基本力的傳遞必須由基本粒子來完成。如果基本力的傳播子是複合粒子,那麽複合粒子內部是什麽力在起作用,這些基本力也就不再是基本力了。
我們知道,電磁力的傳播子是光子,它是基本粒子。
弱力的傳播子是W和Z玻色子,它們同樣是基本粒子。
強力的傳播子是膠子,同樣是基本粒子。重力的傳播子假定為重力子,盡管重力子尚未被發現,但科學家堅信重力子也是基本粒子,標準模型中也為重力子預留了位置。
這些傳播子和誇克是否可再細分有何聯系呢?
當然有聯系,不可再細分意味著誇克是基本粒子。
電子能輻射光子,並且是最初的產生途徑之一。
光子是基本粒子,這證明了電子也必須是基本粒子,因為如果電子不是基本粒子,那麽其輻射光子的過程必然源自電子內部,這意味著電子不是光子最初的輻射來源,目前沒有任何證據顯示電子有內部結構。
理論上,基本力的傳播子的產生應由相同級別的粒子觸發。
基本粒子之間的互動是等級相當的,如果不是同等級,那基本粒子就應該與複合粒子內部結構發生作用,而不是與複合粒子本身發生作用。
再來看弱力和強力。
科學家們發現,弱力和強力的作用發生在誇克級別,誇克的味變引起了弱力,誇克間的結合由強力導致。
因此,弱力和強力這兩種基本力都在誇克級別上發揮作用,這使我們有理由認為誇克確實是基本粒子,且不可再細分。
為什麽誇克不能被撞開呢?
因為誇克無法獨立存在,更不用說撞開一個獨立的誇克了。
誇克通常是三個一組,組成了質子或中子。誇克之間的互動依賴強力,膠子負責傳遞強力。
強力的性質與電磁力和重力完全相反。
我們知道,電磁力和重力的強度與距離的平方成反比,距離越遠,力越弱。
而誇克間的強力卻是反其道行之,誇克間距稍拉開,強力就成幾何倍增強,這就是所謂的誇克禁閉。
因此,要拉開誇克需要投入比幾何倍更多的能量。
這主要是因為膠子將誇克連在一起,形成了強力,具有誇克禁閉效應。
因此膠子難以從誇克中脫離。但這並不是說膠子無法脫離誇克,只要能量足夠大,膠子還是可以脫離的。
一旦膠子脫離誇克,釋放的能量將形成正—反誇克對,這些新形成的正—反誇克對即是介子,介子實際上是遊離於質子和中子之間的殘余強力,即我們熟悉的核力。核力負責維持原子核的穩定。
如今,許多科學家對撞開誇克不再抱有希望,因為誇克已經被歸入標準模型中的基本粒子。
基本粒子的定義即是不可再細分的最細小物質單位,物質的細分到此為止
但許多科學家並不認同這一觀點,他們認為誇克不可再分只是現有標準模型的一種妥協。
現有的標準模型並非完美,存在諸多缺陷。
理論上,科學家已推斷出物質的理論最小尺度是普朗克長度。
這並非意味著普朗克長度之下不存在任何事物,而是在普朗克長度以下的任何物理現象都不會影響現實世界。
也就是說,世界被劃分為普朗克長度以上的物理世界和普朗克長度以下的世界,這兩個世界的物理規律不互相作用。普朗克長度以下可能不存在重力、弱力和電磁力。
根據普朗克長度的定義,我們的現實世界的最小尺度可能就是一個普朗克長度,因此我們有理由相信可能存在一個正好為一個普朗克長度的物質單元,這種物質單元可能是構成世界萬物的最基本單位,進而組成了各種粒子,這些粒子再組成原子,原子構成我們的宏觀世界。
文章的最後,我必須強調:所有這些推測都是基於現有的物理框架。
如果未來發現誇克內部存在更微小的物質成分,那將顛覆整個標準模型。這可能導致弱力和強力不再被視為基本力。
這將徹底覆寫標準模型中的基本粒子的概念。
事實上,我個人是希望這樣的,如果科學總是遵循人類簡潔美好的邏輯發展,那麽物理學可能早在牛頓時代就停止了,也就不會有現今的量子力學和相對論,我們自然也無法享受這些理論帶來的科技成就。