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深度長(zhǎng)文:微觀粒子到底是什么東西?

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我們每天睜開(kāi)雙眼,映入眼簾的是五彩斑斕的大千世界 —— 巍峨的山脈、奔騰的河流、茂密的森林、翱翔的飛鳥(niǎo),還有我們自身以及身邊形形色色的物體。

那么,這紛繁復(fù)雜的世界究竟是由什么組成的?

這個(gè)看似簡(jiǎn)單卻又極具深度的問(wèn)題,困擾著人類(lèi)數(shù)千年,從古代先哲的哲學(xué)思辨,到近現(xiàn)代物理學(xué)家的科學(xué)探索,人類(lèi)對(duì)世界組成的認(rèn)知不斷深化,每一次突破都讓我們離真相更近一步。

早在兩千多年前的中國(guó)古代,思想家們就開(kāi)始對(duì)世界的組成進(jìn)行思考。



《莊子?天下》中提出了 “一尺之棰,日取其半,萬(wàn)世不竭” 的著名思想。這句話的意思是,一根一尺長(zhǎng)的木棍,每天截取它的一半,這樣一直分割下去,永遠(yuǎn)也不會(huì)分割完畢。從現(xiàn)代科學(xué)的角度來(lái)看,這種思想雖然不完全屬于科學(xué)范疇,更多地帶有哲學(xué)思辨的色彩,但它卻深刻地反映了古人對(duì)物質(zhì)可分性的思考。在那個(gè)缺乏先進(jìn)觀測(cè)設(shè)備和科學(xué)理論的時(shí)代,古人憑借著敏銳的思維和大膽的想象,提出了關(guān)于物質(zhì)分割的猜想,這種探索精神為后世的科學(xué)研究奠定了思想基礎(chǔ)。

無(wú)獨(dú)有偶,在古代西方,哲學(xué)家們也對(duì)世界的組成展開(kāi)了熱烈的討論。古希臘哲學(xué)家德謨克利特提出了 “原子論”,他認(rèn)為萬(wàn)物都是由不可分割的微小粒子 ——“原子” 組成的,原子在虛空中不斷運(yùn)動(dòng),通過(guò)不同的組合形成了各種物質(zhì)。雖然古代的原子論與現(xiàn)代科學(xué)中的原子概念有著本質(zhì)的區(qū)別,古代原子論更多的是一種哲學(xué)猜想,缺乏科學(xué)實(shí)驗(yàn)的支撐,但它同樣體現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)世界組成的探索欲望,與《莊子》中 “一尺之棰” 的思想遙相呼應(yīng),共同構(gòu)成了人類(lèi)早期對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)思考的重要篇章。

隨著時(shí)間的推移,人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了近現(xiàn)代,科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展為人類(lèi)探索世界的組成提供了強(qiáng)有力的工具。物理學(xué)作為研究物質(zhì)、能量、空間和時(shí)間及其相互關(guān)系的學(xué)科,成為了探索世界組成的主力軍。



19 世紀(jì)初,英國(guó)科學(xué)家道爾頓通過(guò)對(duì)化學(xué)現(xiàn)象的研究,提出了近代原子學(xué)說(shuō),他認(rèn)為原子是化學(xué)變化中的最小微粒,不同元素的原子具有不同的性質(zhì),同種元素的原子具有相同的性質(zhì)。道爾頓的原子學(xué)說(shuō)第一次將原子概念建立在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,使得人類(lèi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)從哲學(xué)猜想走向了科學(xué)理論,為后續(xù)的微觀物理學(xué)研究開(kāi)啟了大門(mén)。

然而,隨著物理學(xué)研究的不斷深入,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)原子并非不可分割。1897 年,英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜通過(guò)陰極射線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電子,這一發(fā)現(xiàn)打破了 “原子不可分割” 的傳統(tǒng)觀念,證明了原子內(nèi)部還存在著更小的粒子。



湯姆遜因此提出了 “葡萄干布丁模型”,他認(rèn)為原子就像一個(gè)帶正電的布丁,而電子則像葡萄干一樣鑲嵌在布丁中。雖然這個(gè)模型后來(lái)被證明并不準(zhǔn)確,但它卻為人類(lèi)進(jìn)一步探索原子結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。

1911 年,英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福進(jìn)行了著名的阿爾法粒子散射實(shí)驗(yàn)。



在實(shí)驗(yàn)中,盧瑟福用阿爾法粒子轟擊金箔,結(jié)果發(fā)現(xiàn)大多數(shù)阿爾法粒子能夠穿過(guò)金箔,少數(shù)阿爾法粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn),極少數(shù)阿爾法粒子的偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)了 90 度,甚至有的被反向彈回。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與湯姆遜的 “葡萄干布丁模型” 產(chǎn)生了巨大的矛盾。

盧瑟福經(jīng)過(guò)深入分析后認(rèn)為,原子的大部分質(zhì)量和正電荷都集中在一個(gè)體積很小的核心區(qū)域,這個(gè)核心區(qū)域被稱(chēng)為原子核,而電子則在原子核外的空間中繞核運(yùn)動(dòng)。盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的提出,讓人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)發(fā)生了質(zhì)的飛躍,人們終于知道原子是由致密的原子核和核外電子組成的。

此后,科學(xué)家們對(duì)原子核的結(jié)構(gòu)展開(kāi)了進(jìn)一步的探索。1919 年,盧瑟福用阿爾法粒子轟擊氮原子核,發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,證明了原子核中存在質(zhì)子。1932 年,英國(guó)物理學(xué)家查德威克通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子,證實(shí)了原子核是由質(zhì)子和中子組成的。質(zhì)子帶正電,中子不帶電,它們通過(guò)強(qiáng)大的核力結(jié)合在一起,構(gòu)成了原子核。至此,人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)已經(jīng)相當(dāng)清晰:原子由原子核和核外電子組成,原子核由質(zhì)子和中子組成。

但探索并未就此停止,科學(xué)家們很快又發(fā)現(xiàn),質(zhì)子和中子也并非不可分割。



20 世紀(jì) 60 年代,美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型,認(rèn)為質(zhì)子和中子都是由更小的粒子 —— 夸克組成的??淇司哂卸喾N不同的 “味”,包括上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克等。質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成,中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成??淇酥g通過(guò)一種名為 “膠子” 的粒子傳遞強(qiáng)相互作用,這種相互作用使得夸克能夠緊密地結(jié)合在一起,形成質(zhì)子和中子等強(qiáng)子。

不過(guò),由于 “夸克禁閉” 現(xiàn)象的存在,我們目前還無(wú)法直接觀測(cè)到自由的夸克。



夸克禁閉是指夸克之間的強(qiáng)相互作用隨著距離的增大而迅速增強(qiáng),使得我們無(wú)法將夸克從強(qiáng)子中分離出來(lái)單獨(dú)觀測(cè)。盡管如此,科學(xué)家們通過(guò)對(duì)高能物理實(shí)驗(yàn)中粒子碰撞產(chǎn)物的分析,已經(jīng)間接證明了夸克的存在,夸克模型也因此成為了現(xiàn)代粒子物理學(xué)的重要組成部分。

像電子、夸克和光子等粒子,都被認(rèn)為是 “基本粒子”,即目前人類(lèi)的科技水平還無(wú)法將它們進(jìn)一步分割的粒子。但基本粒子的種類(lèi)遠(yuǎn)不止這幾種,隨著大型粒子對(duì)撞機(jī)等先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的基本粒子,截至目前,已發(fā)現(xiàn)的基本粒子種類(lèi)多達(dá)上百種。

這一現(xiàn)象讓科學(xué)家們感到困惑,他們?cè)鞠M軌蛴靡环N簡(jiǎn)潔明了的理論來(lái)描述物質(zhì)世界的組成,沒(méi)想到隨著研究的深入,基本粒子的種類(lèi)卻越來(lái)越多,整個(gè)體系顯得臃腫而混亂。這種混亂的局面也促使物理學(xué)家們開(kāi)始思考:是否存在一種更基本的理論,能夠?qū)⑦@些看似雜亂無(wú)章的基本粒子統(tǒng)一起來(lái),揭示它們之間的內(nèi)在聯(lián)系?



在這樣的背景下,粒子物理學(xué)這一新興學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生,而 “粒子標(biāo)準(zhǔn)模型” 的建立則成為了粒子物理學(xué)發(fā)展的重要里程碑。粒子標(biāo)準(zhǔn)模型是一種描述基本粒子及其相互作用的理論模型,它根據(jù)基本粒子的質(zhì)量、自旋、電荷等性質(zhì)以及它們之間的相互作用關(guān)系,對(duì)已發(fā)現(xiàn)的基本粒子進(jìn)行了系統(tǒng)的分類(lèi)和整理。

根據(jù)粒子標(biāo)準(zhǔn)模型,所有的基本粒子都可以分為兩大類(lèi):費(fèi)米子和玻色子。



費(fèi)米子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元,通俗來(lái)講,就是當(dāng)我們把一個(gè)物體不斷分割,最后得到的就是費(fèi)米子。費(fèi)米子具有半整數(shù)自旋(如 1/2、3/2 等),它們遵循泡利不相容原理,即兩個(gè)及以上的費(fèi)米子不能處于相同的量子態(tài)。這一原理使得費(fèi)米子能夠形成穩(wěn)定的物質(zhì)結(jié)構(gòu),是構(gòu)成我們身邊各種宏觀物體的基礎(chǔ)。

而玻色子則主要負(fù)責(zé)傳遞各種基本作用力,相當(dāng)于連接費(fèi)米子的 “膠水”,將費(fèi)米子粘結(jié)在一起,形成更大的粒子和宏觀物體。玻色子具有整數(shù)自旋(如 0、1、2 等),它們不遵循泡利不相容原理,多個(gè)玻色子可以處于相同的量子態(tài)。

為了更好地理解費(fèi)米子和玻色子的作用,我們可以做一個(gè)形象的比喻:如果把費(fèi)米子比作建造房子用的 “磚頭”,那么玻色子就相當(dāng)于粘結(jié)磚頭的 “水泥”。沒(méi)有水泥,磚頭無(wú)法連接在一起形成墻體和房屋;同樣,沒(méi)有玻色子傳遞相互作用力,費(fèi)米子也無(wú)法結(jié)合在一起形成各種物質(zhì)。正是由于費(fèi)米子和玻色子的協(xié)同作用,才構(gòu)成了我們所看到的豐富多彩的物質(zhì)世界。

在粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中,負(fù)責(zé)傳遞基本作用力的玻色子被稱(chēng)為 “規(guī)范玻色子”,主要有四種,分別是光子、引力子、膠子和 W/Z 玻色子。



這四種規(guī)范玻色子分別傳遞四種基本作用力:光子傳遞電磁力,電磁力是我們?nèi)粘I钪凶畛R?jiàn)的作用力之一,它使得原子能夠結(jié)合成分子,讓我們能夠看到光、感受到電力和磁力;引力子傳遞引力,引力是維系宇宙結(jié)構(gòu)的重要作用力,它使得地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn),讓我們能夠站在地球表面而不會(huì)漂浮起來(lái)(不過(guò),目前引力子還只是一種假想粒子,人類(lèi)尚未通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到引力子存在的直接證據(jù),引力的本質(zhì)以及引力子的存在與否仍然是物理學(xué)研究的重要課題之一);膠子傳遞強(qiáng)相互作用,強(qiáng)相互作用是四種基本作用力中最強(qiáng)的一種,它將夸克束縛在質(zhì)子和中子內(nèi)部,同時(shí)也將質(zhì)子和中子束縛在原子核內(nèi),保證了原子核的穩(wěn)定;W/Z 玻色子傳遞弱相互作用,弱相互作用主要參與原子核的 β 衰變等過(guò)程,它能夠改變粒子的種類(lèi),在恒星內(nèi)部的核反應(yīng)中起著重要作用。



除了上述四種規(guī)范玻色子外,粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中還有一種非常重要的玻色子 —— 希格斯玻色子,它也被科學(xué)家們形象地稱(chēng)為 “上帝粒子”。



希格斯玻色子的重要性在于,它與一種名為 “希格斯場(chǎng)” 的場(chǎng)密切相關(guān),正是希格斯玻色子的存在,使得希格斯場(chǎng)能夠與其他基本粒子相互作用,從而賦予了基本粒子質(zhì)量。如果沒(méi)有希格斯玻色子和希格斯場(chǎng),那么所有的基本粒子都將沒(méi)有質(zhì)量,它們會(huì)以光速運(yùn)動(dòng),無(wú)法形成原子、分子等物質(zhì)結(jié)構(gòu),整個(gè)宇宙也將變得截然不同。2012 年,歐洲核子研究組織(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)實(shí)驗(yàn)首次探測(cè)到了希格斯玻色子的存在,這一發(fā)現(xiàn)為粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的完善提供了關(guān)鍵證據(jù),也讓科學(xué)家們對(duì)物質(zhì)質(zhì)量的起源有了更深刻的認(rèn)識(shí)。

再來(lái)看費(fèi)米子,根據(jù)粒子標(biāo)準(zhǔn)模型,基本的費(fèi)米子可以分為兩大類(lèi):夸克和輕子。夸克是構(gòu)成強(qiáng)子(如質(zhì)子、中子)的基本單元,目前已發(fā)現(xiàn)的夸克有 6 種 “味”,分別是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克,每種夸克又都有 3 種不同的 “色荷”(這里的 “色荷” 并非我們?nèi)粘I钪兴f(shuō)的顏色,而是一種描述夸克內(nèi)部性質(zhì)的量子數(shù)),因此夸克的種類(lèi)總數(shù)為 6×3=18 種。

輕子則是不參與強(qiáng)相互作用的費(fèi)米子,目前已發(fā)現(xiàn)的輕子也有 6 種 “味”,分別是電子、μ 子、τ 子以及它們各自對(duì)應(yīng)的中微子 —— 電子中微子、μ 子中微子和 τ 子中微子。與夸克不同的是,輕子沒(méi)有色荷,它們只參與電磁相互作用和弱相互作用(中微子只參與弱相互作用)。因此,輕子的種類(lèi)總數(shù)為 6 種。



這樣一來(lái),夸克和輕子加起來(lái)一共有 18+6=24 種 “味”(這里的 “味” 同樣是描述粒子內(nèi)部性質(zhì)的量子數(shù),并非我們平時(shí)所說(shuō)的味道),再加上它們各自的反粒子(反粒子是與粒子質(zhì)量相同但電荷等性質(zhì)相反的粒子,每種粒子都有對(duì)應(yīng)的反粒子),費(fèi)米子的種類(lèi)總數(shù)就達(dá)到了 48 種。這些費(fèi)米子與前面提到的規(guī)范玻色子、希格斯玻色子共同構(gòu)成了粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中的基本粒子體系,它們相互作用、相互結(jié)合,形成了我們所看到的萬(wàn)物。

至此,根據(jù)粒子標(biāo)準(zhǔn)模型,我們可以清晰地回答 “世界是由什么組成的” 這一問(wèn)題:世界萬(wàn)物都是由基本的費(fèi)米子和玻色子組成的,其中費(fèi)米子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元,玻色子負(fù)責(zé)傳遞基本作用力,而希格斯玻色子則通過(guò)與其他基本粒子的相互作用,賦予了基本粒子質(zhì)量。粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的建立,讓人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的組成有了一個(gè)系統(tǒng)、清晰的認(rèn)識(shí),它成功地解釋了大量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,預(yù)言了許多新的粒子,并在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證,成為了現(xiàn)代物理學(xué)的重要理論支柱之一。

但人類(lèi)對(duì)科學(xué)真理的追求是永無(wú)止境的,粒子標(biāo)準(zhǔn)模型雖然取得了巨大的成功,但它并非完美無(wú)缺,仍然存在一些無(wú)法解釋的問(wèn)題。

例如,粒子標(biāo)準(zhǔn)模型無(wú)法解釋引力的本質(zhì),無(wú)法將引力與其他三種基本作用力統(tǒng)一起來(lái);它也無(wú)法解釋暗物質(zhì)和暗能量的存在,而根據(jù)天文觀測(cè),暗物質(zhì)和暗能量占據(jù)了宇宙總質(zhì)量和總能量的絕大部分;此外,粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中包含了許多自由參數(shù)(如基本粒子的質(zhì)量、耦合常數(shù)等),這些參數(shù)的數(shù)值需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定,無(wú)法從理論上推導(dǎo)出來(lái),這也讓科學(xué)家們感到不滿,他們希望能夠找到一種更基本的理論,來(lái)解釋這些參數(shù)的來(lái)源。

因此,物理學(xué)家們并沒(méi)有滿足于粒子標(biāo)準(zhǔn)模型所取得的成就,而是繼續(xù)致力于探索更深層次的物理規(guī)律。他們一方面努力將四種基本作用力統(tǒng)一起來(lái),建立一種 “大統(tǒng)一理論” 甚至 “萬(wàn)物理論”,希望能夠用一種理論來(lái)描述宇宙中所有的物理現(xiàn)象;另一方面,他們也在不斷追問(wèn):電子和夸克等基本粒子是否真的是不可再分的?它們是否也擁有自己的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?如果它們可以繼續(xù)分割,那么分割之后得到的粒子又是什么樣的?



在探索這些前沿問(wèn)題的過(guò)程中,一些新的理論應(yīng)運(yùn)而生,“弦理論” 就是其中最具代表性的理論之一。弦理論認(rèn)為,自然界中最基本的單元并不是夸克、電子等點(diǎn)狀的基本粒子,而是一種極其微小的、類(lèi)似于弦的一維實(shí)體 ——“弦”。弦的尺度非常小,大約只有 10^-35 米,比電子、夸克等基本粒子還要小得多,目前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備還無(wú)法直接觀測(cè)到弦的存在。

弦可以分為兩種類(lèi)型:閉合弦(像一個(gè)圓環(huán))和開(kāi)放弦(像一根線段)。弦會(huì)不停地振動(dòng),不同的振動(dòng)頻率、振幅和振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)著不同的物理性質(zhì),從而形成了我們所觀測(cè)到的各種基本粒子。例如,某種特定振動(dòng)模式的弦表現(xiàn)為電子,另一種振動(dòng)模式的弦則表現(xiàn)為夸克,還有的振動(dòng)模式表現(xiàn)為光子、膠子等玻色子。也就是說(shuō),在弦理論中,所有的基本粒子都只是弦的不同振動(dòng)狀態(tài)的體現(xiàn),它們?cè)诒举|(zhì)上是統(tǒng)一的。

弦理論的提出為解決粒子物理學(xué)中的一些難題提供了新的思路,例如它有望將引力與其他三種基本作用力統(tǒng)一起來(lái),構(gòu)建一個(gè)自洽的量子引力理論。



同時(shí),弦理論也對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)和起源提出了許多新穎的觀點(diǎn),例如它預(yù)言了額外維度的存在(除了我們所熟悉的三維空間和一維時(shí)間外,還存在著其他維度),這些額外維度可能卷曲在非常小的尺度上,我們目前無(wú)法直接觀測(cè)到。

然而,弦理論也面臨著許多挑戰(zhàn)。首先,弦理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,涉及到許多高深的數(shù)學(xué)知識(shí),如拓?fù)鋵W(xué)、微分幾何等,這使得對(duì)弦理論的研究變得異常困難,只有少數(shù)頂尖的數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家能夠真正理解和掌握弦理論的核心內(nèi)容。



其次,由于弦的尺度非常小,目前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備(如大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī))還無(wú)法達(dá)到探測(cè)弦所需的能量級(jí)別,因此無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)直接驗(yàn)證弦理論的正確性。這也導(dǎo)致弦理論目前更多地還停留在理論推測(cè)和數(shù)學(xué)研究的階段,尚未得到實(shí)驗(yàn)的充分證實(shí),在物理學(xué)界也存在著一些爭(zhēng)議。

除了弦理論外,還有一種重要的理論觀點(diǎn)認(rèn)為,世界的本質(zhì)是 “場(chǎng)”,這就是所謂的 “量子場(chǎng)論”。量子場(chǎng)論是在量子力學(xué)和狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種理論體系,它將場(chǎng)作為物質(zhì)存在的基本形式,認(rèn)為宇宙中的一切物質(zhì)都是由各種量子場(chǎng)構(gòu)成的,基本粒子則是量子場(chǎng)的激發(fā)態(tài)。

量子場(chǎng)論認(rèn)為,在宇宙誕生之前,就存在著一種特殊的狀態(tài),這種狀態(tài)充滿了各種基本場(chǎng),如電子場(chǎng)、夸克場(chǎng)、光子場(chǎng)、希格斯場(chǎng)等。



這些場(chǎng)在初始狀態(tài)下都處于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài),被稱(chēng)為 “基態(tài)” 或 “真空態(tài)”。在基態(tài)下,場(chǎng)沒(méi)有明顯的粒子表現(xiàn),就像一片波瀾不驚的大海,平靜而穩(wěn)定。我們可以通俗地將這種基態(tài)下的場(chǎng)的集合理解為一種 “混沌” 狀態(tài),沒(méi)有明確的物質(zhì)形態(tài)和結(jié)構(gòu)。

然而,根據(jù)量子力學(xué)的不確定性原理,微觀粒子的位置和動(dòng)量無(wú)法同時(shí)被精確測(cè)量,同樣,量子場(chǎng)在基態(tài)下也并非絕對(duì)靜止,而是會(huì)受到各種微小的擾動(dòng)。這些擾動(dòng)會(huì)使得處于基態(tài)的場(chǎng)偏離穩(wěn)定狀態(tài),躍遷到能量較高的 “激發(fā)態(tài)”。當(dāng)量子場(chǎng)被激發(fā)到一定程度時(shí),就會(huì)表現(xiàn)出粒子的性質(zhì),形成各種基本粒子。



例如,電子場(chǎng)受到激發(fā)后,就會(huì)產(chǎn)生電子;夸克場(chǎng)受到激發(fā)后,就會(huì)產(chǎn)生夸克;光子場(chǎng)受到激發(fā)后,就會(huì)產(chǎn)生光子。我們可以將這個(gè)過(guò)程形象地比喻為:平靜的大海(基態(tài)場(chǎng))由于受到外界的擾動(dòng)而變得洶涌澎湃,海面上濺起的一個(gè)個(gè)小水珠(激發(fā)態(tài))就是我們所觀測(cè)到的基本粒子。

在量子場(chǎng)論中,基本粒子之間的相互作用也可以通過(guò)場(chǎng)與場(chǎng)之間的相互作用來(lái)解釋。例如,電子之間的電磁相互作用,實(shí)際上是電子場(chǎng)與光子場(chǎng)之間的相互作用,電子通過(guò)發(fā)射和吸收光子(光子是光子場(chǎng)的激發(fā)態(tài))來(lái)傳遞電磁力。

在量子場(chǎng)論框架下,所有場(chǎng)都蘊(yùn)含能量,即便處于最低能量的基態(tài),也具備基礎(chǔ)能量。這意味著,我們所認(rèn)知的基本粒子,本質(zhì)上是 “能量包”,是能量高度濃縮的形態(tài)。從這個(gè)角度看,包括人類(lèi)自身在內(nèi)的世間萬(wàn)物,追根溯源都是能量的不同表現(xiàn)形式。

此時(shí)難免會(huì)追問(wèn):最初處于基態(tài)的場(chǎng)從何而來(lái)?這個(gè)問(wèn)題已超越純粹科學(xué)范疇,進(jìn)入哲學(xué)領(lǐng)域。若一味追溯源頭,只會(huì)陷入無(wú)解的循環(huán)。現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為,絕對(duì)的 “無(wú)” 并不存在,量子力學(xué)的不確定性決定了必然存在 “某種東西”,而基態(tài)場(chǎng)正是這種 “東西” 的體現(xiàn)。

宇宙誕生之初,各類(lèi)場(chǎng)交織共存,處于一片 “混沌”。有趣的是,中國(guó)古代先哲早已提出過(guò)抽象的 “混沌” 概念,雖與現(xiàn)代科學(xué)的 “場(chǎng)混沌” 本質(zhì)不同,但在哲學(xué)層面,同樣啟發(fā)著人類(lèi)對(duì)宇宙起源的深層探索,彰顯了古人的智慧。

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