物质的本质研究揭示了一个令人惊奇的事实,即几乎所有事物都由虚空构成(近乎99%的空间是空的)。无论是你、我,还是遍布宇宙的万物,似乎都悬浮在一片虚无之中,宛若石块漂荡在广阔无垠的宇宙海洋。但是,究竟是什么促使那些微小的物质粒子聚合成形呢?必定存在某种力量,让粒子相互吸引。那么,这种力量是什么呢?
现代科学已经揭示,构建我们的成分同样构成了宇宙间所有物质的细微颗粒。然而,随着这些微观粒子的发现,我们又陷入了更深层次的谜团中,为何物体会有固定的形状?为何它们拥有质量?
我们所称的物质,实际上大部分是由空空如也的空间组成,偶尔你会在这些空间中发现原子,但它们同样被大片的虚空所包围。那么,这些原子是如何联结在一起形成固体的呢?我们的身体又是如何聚合的呢?显然不是通过胶水,而应是某种基本的相互作用力。尽管我们看不见这种力量,但它必定普遍存在。
实际上,所谓的虚空并非真正的空无一物,而是充满了力量与潜能。自然界有四种基本作用力,其中引力与电磁力为大众所熟知。另外两种作用力,即弱核力与强核力,尽管鲜为人知,但却同样重要。弱核力决定了放射性元素的衰变方式,例如铀为何及如何衰变;强核力则将质子和中子内的夸克紧密结合在一起。
尽管我们无法目睹构成我们身体的微观成分,也看不见身边的基本作用力,但我们确信它们的存在。理解这些作用力的原理和起源,成为现代物理学研究的重要课题。破解这一谜团,可能会揭示宇宙的终极秘密,不仅让我们了解构成自己的元素,还会解答为何这些元素具有形状。
粒子物理的一项重大突破是发现某些粒子实际上是力的载体,例如,光子,即光的粒子形态,是电磁力的传播者。每一种力都有其载体,尽管我们尚未全部发现它们,但我们确信载体的存在,并且了解它们如何相互作用。在极高的温度下,比如1000万亿度,电磁力和弱核力会融合成一种力,这被称为电弱统一。你可能不需要理解其具体原理,但物理学家相信,这是解开未知的关键环节。
这一环节促成了科学史上最伟大的理论之一,即粒子物理的标准模型。经过40多年的检验,该模型被证明是正确无误的。然而,标准模型本身还有一个问题,这涉及到粒子动物园,即在研究质子内部时产生的各种奇特粒子。
次原子粒子的质量差异巨大,例如一个夸克的质量可能是电子的200倍,而质量差距更大的粒子近亲也不在少数。标准模型无法解释为何粒子的质量会如此不同,或者为何粒子具有质量。
这个问题成了现代物理学的下一个研究重点,而答案竟源自一位名叫彼得·希格斯的教授。希格斯为人低调,他展开了科学史上最大规模且昂贵的研究之一。宇宙的标准模型存在一个缺陷,而希格斯正是弥补了这一缺口。
希格斯假设存在一种无处不在的广延力场,它能与某些粒子相互作用,使得这些粒子获得质量。如果希格斯的理论得以证实,我们或许能最终了解物体为何具有形状。
然而,希格斯的理论最初并未得到广泛认可,他的论文曾被欧洲核子研究组织拒绝。这激怒了希格斯,他坚信自己的研究具有重大意义,因此重写了论文,增加了一些内容。他没有将修改后的论文寄回日内瓦,而是寄到了大西洋彼岸的《物理评论快报》,最终得到了接受。
这只是探寻物质起源和基本作用力的漫长旅程的开始。随着研究的深入,我们或许能解开更多的宇宙之谜,并真正理解我们所处的这个由虚无与物质共存的世界。