粒子是什么?

作者: Wolchover

来源: 返朴

发布日期: 2021-03-27

物理学家对于粒子的概念从未像今天这样丰富,提出了多种观点,包括粒子是点状物体、坍缩的波函数、量子场的激发、庞加莱群的不可约表示、振动的弦、量子比特海的变形等。这些观点分为还原论和演生论两大阵营。还原论认为空间是空的,粒子是空间里的东西;演生论则认为空间是有动力学活性的媒介,粒子是这一媒介中的形变和激发。

粒子是什么?它被认为是点状的物体,坍缩的波函数,量子场的激发,庞加莱群的不可约表示,振动的弦,量子比特海的变形。这些观点可以分为两大阵营:还原论和演生论。还原论的最基本假设是,空间本身是空的,而粒子是空间里的一些东西。演生论的最基本假设是,空间本身是一个有动力学活性媒介,粒子则是这一媒介中的形变和激发。物理学家对于粒子的概念从未像今天这样丰富。

既然宇宙中的一切都归结为粒子,那么一个问题就出现了:粒子是什么?一个简单的答案是,它是像电子、光子、夸克这样的“基本”粒子。但这样的回答很快被证明是难以令人满意的。因为这些粒子被认为缺乏亚结构,且不占据物理空间。加州大学伯克利分校的粒子物理学家Mary Gaillard在上世纪70年代预测了两种夸克的质量,她说:“我们基本上把粒子看作是点状物体。

”可是粒子有电荷、质量等不同的特性,而一个不占据物理空间的点如何携带质量呢?在基本粒子之外,任何其他物质的性质都取决于其物理组成,最终也就是其组成的粒子。但这些粒子的性质并非来自自身的组成成分,而是源于数学模式。作为数学和现实之间的接触点,粒子暧昧不明地横跨在这两个世界之间。粒子是什么?

在询问了十几位粒子物理学家之后,他们给出了非常不同的描述,并且强调,彼此的答案并不冲突,而是捕捉到了现实的不同面向。他们还提到了当今基础物理学的两项重要研究,这些研究在追求一种更令人满意的、包罗万象的粒子图像。“粒子是什么?这确实是一个非常有趣的问题,”文小刚说,“如今这方面有了新的进展。应该说现在还没有一个统一的观点,但有几个不同的观点看起来都很有趣。”

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