上帝的粒子 10

本系列文章预计会有10个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第二季第10篇。也是最后一篇！

现代基本粒子物理学的基础理论标准模型认为，物质是由“构成物质的基本粒子”构成，并通过交换“传递力的基本粒子”而结合在一起。

20世纪60年代初，苏格兰爱丁堡大学的物理学家彼得*希格斯提出一种假说——宇宙中存在一种特殊的场，就如同一种胶水一样吧这些纯能量的东西固定在一起的，是它赋予了我们宇宙基本粒子的质量、体积、以及形状。虽然这个场看不到、摸不着，但是实际存在，就像磁场一样。

截止目前位置，我们发现宇宙中有四中场。

第一，重力场，也就是类似重力，万有引力

第二，电磁场，宇宙射线

第三，强核力场，对应原子核中的强力，有了它，原子核的质子才不会因为电磁力的互相排斥

第四，弱核力场，对应原子的裂变和放射性有关。

每一种场都对应一种粒子，一般称为玻色子，如光的粒子是光子，强力的粒子是胶子，弱力的粒子是W玻色子和Z玻色子，强力和弱力就是靠这些粒子来往进行传递的。与此相对，电子和夸克这种直接构成物质的粒子叫作“费米子”。

围绕在我们身边的万物都是由基本粒子标准模型中的17种基本粒子组合而成的，它们的自旋特性不同。

在标准模型理论中的其他粒子被实验发现之后，标准模型理论所预测的“上帝粒子”希格斯玻色子在2012年被欧洲核子研究组织（CERN）发现，英国BBC纪录片《粒子狂热》呈现了公布发现“上帝粒子”的动人场面。

什么是上帝粒子呢？这要从质量说起。有个问题一直困扰着物理学界，那就是物体的质量是怎样来的。宇宙中的基本粒子都有不同的质量，没有这些质量，就不会形成原子，以及世间的万物。但是，是什么创造了质量，为什么不同的粒子拥有不同的质量？质量与构成宇宙万物的基本粒子密切相关。

在爱因斯坦著名的方程E=MC²中，把能量和质量通过光速联系在一起。我们知道光是没有质量的，所以光速是宇宙中速度的极限，没有任何物质的运动能超过光速！

这个方程给我们的启示是，之所以所有物质的运动速度都不能超过光速，是因为它们都有质量！需要强调的是，“质量”不仅简单地代表物体所含的物质的量，它的另一个意义在于物体获得加速度的难度。

所以，光子的（静止）质量是零，因此光能以理论上空间中的最快速度运动。有质量代表无法被加速到光速！那么，物质的质量是如何产生的呢？

质量是通过什么样的机制产生的呢？20个世纪60年代，英国物理学家彼得·希格斯思考物质拥有质量的根本原因。

希格斯大胆设想：粒子穿行于空间，就像人突然掉进泥浆中，浑身上下被泥浆包裹，重量就增加了，所以空间就好比泥浆，粒子好比在泥浆中穿行的人。粒子想要加速运动，就得付出代价，在宏观世界中就体现为“质量”。

空间中的这种使物质获得质量的机制，被称作“希格斯场”。粒子通过希格斯场的作用而获得质量。

“希格斯粒子”被认为普遍存在于希格斯场中，遍布整个空间，其作用是把质量赋予那些没有质量的粒子。基本粒子是否具有质量，取决于是否遇到“希格斯粒子”。如果遇到了“希格斯粒子”，便获得了质量。

“希格斯粒子”被认为是一种创造了世界万物的粒子。有了它，基本粒子就有了质量，粒子才会结合为原子；有了原子，才会有分子；有了分子，才能形成人们所见的世界。

这就是为什么它会被赞誉为“上帝粒子”的原因。希格斯场的“上帝粒子”是目前关于宇宙中的质量之源最广泛的被接受的理论。“上帝粒子”的发现使标准模型得到进一步完善。

2012年，欧洲核子研究组织在日内瓦的“大型强子对撞机”（LHC）通过对撞实验，初步确认发现了“希格斯粒子”，定名为“希格斯玻色子”，证明了“希格斯场”的存在。希格斯本人也因此荣获2013年度诺贝尔物理学奖。

至此我们已经阐述完了组成物质的本质，从而追溯到了原子核和核外电子等粒子，从某种意义来看，也许物理学就这么结束了！

可惜，这仅仅是个开始！

1900年4月27日，英国物理学家开尔文发表了一个著名的演说。

当时牛顿在17世纪建立的宏大统一，经过200年理论和实验科学的发展，物理学如日中天，经典物理学几乎能够涵盖物理世界的一切方面：运动物体的动力学中力和运动的相互联系、热力学、光学、电学、磁学，以及引力。人们乐观地认为物理学的大厦已经建成，未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。

你看，人家说了，你不要参与那么多物理学的研究，我们基本都做完了，你只需要修修补补。

但是，开尔文指出还有两个问题，明朗的天空还有两朵乌云：一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。当年年底诞生了量子理论。五年后，也就是1905年，爱因斯坦的狭义相对论诞生。同时在这一年，爱因斯坦把普朗克的量子说发展成光量子理论。谁也没想到这两朵乌云中，一朵颠覆了经典的绝对时空观，一朵颠覆了经典的决定论世界观。

一开始谁都没想到。物理学家只是问了一些非常基本的问题：世界上的各种东西都是由什么组成的？才引发了一场量子较量！

这个部分我们第三季再谈！

在开始第三季之前我我会做几件事：

第一，我会尝试再开一个计算机的专栏，谈谈计算机发展的历史；

第二，准备第三季量子力学相关的知识文章；

相信物理学第三季我们很快会见面。

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