但這種“蠻力”對(duì)夸克則行不通,目前對(duì)于“夸克禁閉”的解釋比較流行的是用弦理論,夸克之間是由強(qiáng)子連接的,而強(qiáng)子可以認(rèn)為是一個(gè)極短的弦,夸克就是弦的兩端,如果想讓這個(gè)兩個(gè)夸克分開,就需要很大的能量將這根弦“打斷”,然而將兩個(gè)夸克分開的能量足以在分開夸克的同時(shí)又形成新的一對(duì)夸克(能量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量),這樣一來(lái),新的夸克和原來(lái)的夸克就又組成了兩對(duì)禁閉的夸克。
1、夸克禁閉是什么?為什么會(huì)使夸克不能單獨(dú)存在?
夸克很多人都聽說過,但“夸克禁閉”這個(gè)概念聽說過的人應(yīng)該不多,這算是粒子物理學(xué)中的一個(gè)“謎題”吧。“夸克禁閉”描述的是一種物理現(xiàn)象,簡(jiǎn)單的說,就是指夸克不會(huì)單獨(dú)存在,我們都知道的是,這個(gè)物質(zhì)的世界是由原子和分子組成的,原子核一般是由質(zhì)子和中子組成的,而質(zhì)子和中子是由夸克組成的??淇耸悄壳耙阎淖钚〉囊环N基本粒子,但科學(xué)家在物理實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)中,像質(zhì)子與中子這些基本粒子是可以拿出來(lái)單獨(dú)觀測(cè)的,但夸克不同,我們現(xiàn)在所有的物理觀察都無(wú)法觀測(cè)到單獨(dú)的夸克存在,只能發(fā)現(xiàn)由一對(duì)或幾對(duì)夸克組成的粒子,
這種無(wú)法觀測(cè)單獨(dú)夸克的現(xiàn)象被稱為“夸克禁閉”。“夸克禁閉”這種現(xiàn)象并不是因?yàn)榭淇恕俺叽纭边^于微?。ㄐ∮?0^-18米)而無(wú)法單獨(dú)觀測(cè),而是存在一種無(wú)法打破的“循環(huán)”,在這里,我們要了解一點(diǎn)的就是,在微觀層面,能量與質(zhì)量的界限是比較模糊的,特別是夸克這種“級(jí)別”的,你把它看做是一小團(tuán)能量也是可以的。對(duì)于質(zhì)子或中子,它們之間結(jié)合是由核力,也就是在強(qiáng)相互作用力下結(jié)合到一起的,只要有足夠的能量就可以把它們分開,
2、質(zhì)子由夸克組成,夸克由什么組成?再往下呢?
答:當(dāng)前的科學(xué)實(shí)驗(yàn),能觸及和證實(shí)存在的,夸克已經(jīng)是最基本的粒子之一;但是超弦理論預(yù)言,夸克由更基本的“弦”組成,質(zhì)子和中子由更基本的粒子“夸克”組成,這點(diǎn)已被實(shí)驗(yàn)證實(shí);在標(biāo)準(zhǔn)模型理論中,預(yù)言了62種基本粒子,其中絕大部分已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)存在。夸克是大類,包含62種粒子中的36種,比如中子就由一個(gè)“上夸克”和兩個(gè)“下夸克”構(gòu)成,這已經(jīng)是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)物理學(xué)能觸及的極限了,
但由于“夸克禁閉”,夸克無(wú)法獨(dú)立存在,只能和其他夸克發(fā)生強(qiáng)相互作用,繼而“綁定”在一起,形成質(zhì)子、中子等其他基本粒子。不過理論物理學(xué)家走在了前面,發(fā)展了一門非常前沿的理論——超弦理論,超弦理論認(rèn)為:我們宇宙中的一切物質(zhì),都由一種名為“超弦”的組成,超弦尺度非常小,大約10^-35米級(jí)別,當(dāng)超弦以不同的方式振動(dòng)時(shí),就得到了不同性質(zhì)的基本粒子。
“超弦”本身是一維的,但是超弦可以在不同的維度中震動(dòng);而且超弦理論預(yù)言,我們宇宙由“十維空間 一維時(shí)間”構(gòu)成,其中有七個(gè)維度的空間蜷縮在普朗克尺度,目前,超弦理論很被物理學(xué)家看好,被認(rèn)為是最有可能成為終極理論的理論;目前,超弦理論還從理論上,解決了物理學(xué)中的一大難題,就是相對(duì)論和量子力學(xué)的相容性問題。
不過限于超弦理論的研究需要極其艱深的數(shù)學(xué)知識(shí),以至于目前少有物理學(xué)家能去專攻超弦理論,而且當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)條件,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到驗(yàn)證超弦理論的尺度,比如以人類目前建造的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),如果要對(duì)超弦理論進(jìn)行驗(yàn)證,其對(duì)撞機(jī)的長(zhǎng)度可以繞銀河系一圈了;所以,目前超弦理論還處于理論研究的探索階段,未來(lái)的路還有很長(zhǎng)。
3、夸克還可以再分割嗎?
面對(duì)大千世界,人類總是希望能夠?qū)⑷f(wàn)物歸結(jié)為有限的基本元素,從而獲得一個(gè)統(tǒng)一的世界觀,原始人將他們所生活的世界,歸結(jié)于與其生活戚戚相關(guān)的某個(gè)具體的物體。比如,太陽(yáng)、月亮或老虎等,原始人懷著崇拜的心情,通過神話傳說,將他們的生活經(jīng)驗(yàn)和各種事物都聯(lián)系了起來(lái),成為指導(dǎo)和規(guī)范他們生存的指南,到了古希臘時(shí)期,人類的迷信色彩已經(jīng)有了很大的消退。