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第11章 基本粒子和自然的力1（第1页）

亚里士多德相信宇宙中的所有物质由四种基本元素即土、气、火和水组成。

有两种力作用在这些元素上：引力，这是指土和水往下沉的趋势；浮力，这是指气和火往上升的倾向。

将宇宙的内容分割成物质和力的这种做法一直沿袭至今。

亚里士多德相信物质是连续的，也就是说，人们可以将物质无限制地分割成越来越小的小块。

即人们永远不可能得到一个不可再分割下去的最小颗粒。

然而几个希腊人，例如德谟克里特，则坚持物质具有固有的颗粒性，而且认为每一件东西都是由大量的各种不同类型的原子组成（原子在希腊文中的意义是“不可分的”

）。

争论一直持续了几个世纪，任何一方都没有任何实际的证据。

但是1803年英国的化学家兼物理学家约翰·道尔顿指出，化合物总是以一定的比例结合而成的，这一事实可以用由原子聚合一起形成称作分子的个体来解释。

然而，直到本世纪初这两种学派的争论才以原子论者的胜利而告终。

爱因斯坦提供了其中一个重要的物理学证据。

1905年，在他关于狭义相对论的著名论文发表前的几周，他在发表的另一篇文章里指出，所谓的布朗运动——浮在液体中尘埃小颗粒的无规则随机运动——可以解释为液体原子和灰尘粒子碰撞的效应。

当时就有人怀疑，这些原子终究不是不可分割的。

几年前，一位剑桥大学三一学院的研究员汤姆孙演示了一种称为电子的物质粒子存在的证据。

电子具有的质量比最轻原子的一千分之一还小。

他使用了一种和现代电视显像管相当类似的装置：由一根红热的金属细丝发射出电子，由于它们带负电荷，可用电场将其朝一个涂磷光物质的屏幕加速。

电子一打到屏幕上就会产生一束束的闪光。

人们很快即意识到，这些电子一定是从原子本身里出来的。

新西兰物理学家恩斯特·卢瑟福在1911年最后证明了物质的原子确实具有内部结构：它们是由一个极其微小的带正电荷的核以及围绕着它公转的一些电子组成。

他分析从放射性原子释放出的带正电荷的α粒子和原子碰撞会引起偏转的方式，从而推出这一结论。

最初，人们认为原子核是由电子和不同数量的带正电的叫做质子的粒子组成。

质子是由希腊文中表达“第一”

的词演化而来的，因为质子被认为是组成物质的基本单位。

然而，1932年卢瑟福在剑桥的一位同事詹姆斯·查德威克发现，原子核还包含另外称为中子的粒子，中子几乎具有和质子一样大的质量但不带电荷。

查德威克因这个发现获得诺贝尔奖，并被选为剑桥龚维尔和基斯学院（我即为该学院的研究员）院长。

后来，他因为和其他人不和而辞去院长的职务。

一群战后回来的年轻的研究员将许多已占据位置多年的老研究员选掉后，曾有过一场激烈的辩论。

这是在我去以前发生的；我在这场争论尾声的1965年才加入该学院，当时另一位获诺贝尔奖的院长奈维尔·莫特爵士也因类似的争论而辞职。

直到大约30年以前，人们还以为质子和中子是“基本”

粒子。

但是，质子和另外的质子或电子高速碰撞的实验表明，它们事实上是由更小的粒子构成的。

加州理工学院的牟雷·盖尔曼将这些粒子命名为夸克。

由于对夸克的研究，他获得1969年的诺贝尔奖。

此名字起源于詹姆斯·乔伊斯神秘的引语：“ThreequarksforMusterMark！”