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物質是如何構成的?物質可以無限分割嗎?不行

将一塊物質從中斬開分成兩半,就變成了兩塊物質,取其中的一塊再斬開,又能分成兩塊,如果一直這樣做,是否能夠無限分割下去呢?

這是一個有趣的問題,很多人從國小時代開始就思考過類似的問題,同時這也是一個古老的問題,有關類似問題的記載可以一直追溯到2800多年以前的古希臘時期。當然,那個時候科學還沒有誕生,是以人們隻能從哲學層面來思考這一問題,人們想通過解答這一問題來探索萬物的本源,我們所熟悉的古希臘學者,如畢達哥拉斯和泰勒斯都曾經對這一問題發表過自己的看法,其中德谟克利特的觀點和現代科學最為接近,他認為物質是不能無限分割下去的,世間存在着“最小的物質”。

物質是如何構成的?物質可以無限分割嗎?不行

德谟克利特雖然提出了關于“最小物質”的概念,但他所說的隻是哲學層面的,在現代科學尚未誕生的歲月裡,他沒有辦法解答“最小物質”到底是什麼,而今我們已經有了答案。

世界是由各種各樣的物質所構成的,我們身邊的桌椅闆凳、電器裝置,窗戶外面的山石樹木、小橋流水,乃至浩渺宇宙中的各式天體,這些都是物質。這些宏觀層面的物質是可以進行分割的,而且能分割很多很多次,直至将其分割為單個分子。大多數物質都是由分子所構成的,也有不少物質是直接由原子所構成的,以水為例,它就是由水分子所構成的。

物質是如何構成的?物質可以無限分割嗎?不行

水分子是極其微小的,一般而言一滴約0.05毫升的水中就包含了約10萬億億個的水分子。

水分子很小,但它卻并不是物質的最基本形态,我們還可以将水分子繼續進行拆分,此時我們會發現水分子是由兩個氫原子和一個氧原子所組成的。氧氣是我們比較熟悉的一種氣體,因為我們每時每刻都必須要呼吸,而呼吸就離不開氧氣,而氧氣分子就是由兩個氧原子所構成的。那麼氧原子是不是物質的最小機關呢?仍然不是。我們可以對氧原子進行進一步地拆分,此時我們就會發現,氧原子包含了兩個基本的組成部分,即原子核與8個核外電子。還能不能繼續拆分?能。

物質是如何構成的?物質可以無限分割嗎?不行

打開原子核,我們會發現原子核中包含有質子和中子,以氧原子核為例,其中就包含有8個質子和8個中子。

這一次總該到頭了吧?的确,一開始科學家們的确認為質子和中子是不可再分的,但後來科學家們又想,如果用高速粒子轟擊質子和中子,又會發生什麼呢?當科學家們真的這樣做了之後,他們發現被轟擊的質子和中子會出現三個不同角度的偏轉,這意味着質子和中子的内部還存在着其它的東西,是以質子和中子依舊是可以繼續進行拆分的。那麼比質子和中子更小的物質是什麼呢?就是誇克。這一回終于不能再分了,也就是說誇克就是物質的最小機關,是以其又被稱之為“基本粒子”。

物質是如何構成的?物質可以無限分割嗎?不行

當然,世界上的基本粒子并不止一種,原子核外的電子也是一種不可再分的基本粒子,而除此之外還有很多,于是一套能夠描述組成物質的所有基本粒子的理論出現了,它就被稱為“标準模型”。

根據标準模型,已知的基本粒子多達61種,而這些基本粒子又可以被分成兩個類型,即費米子和玻色子。可以說世界上所有的物質都是由這些基本粒子所構成的,那麼費米子和玻色子各自在物質的構成上扮演着怎樣的角色呢?費米子就是構成物質的最小機關,它包含了我們剛才所說的電子和誇克等。有趣的是,物質是擁有品質的,無論是宏觀世界的物質,還是分子和原子都擁有品質,但基本粒子卻都是沒有品質的。

物質是如何構成的?物質可以無限分割嗎?不行

沒有品質的基本粒子是如何構成有品質的物質的呢?這就要用到玻色子了。

玻色子包括光子、膠子、W玻色子、Z玻色子以及希格斯玻色子,玻色子也是基本粒子,自然也就沒有品質,但玻色子在物質的構成中充當着“粘合劑”的作用,它的主要作用就是“傳遞互相作用”,而粒子間的互相作用就使物質擁有了品質,比如當數個誇克在膠子的粘合作用下構成了一個質子後,它便擁有了品質,當今世界已知的所有物質都是這樣構成的。可見,物質是不能夠無限分割下去的,物質的最小機關,也就是基本粒子是不可分割的。

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