1、宇宙萬物由基本磚塊——基本粒子構(gòu)成，宛如一座積木城堡，相互作用驅(qū)動(dòng)著它們不斷運(yùn)轉(zhuǎn)。

2、世界的層次、尺度和面貌由相互作用的特性所決定。

3、強(qiáng)作用就像502，將夸克牢牢的束縛于小小的原子核中；電磁作用稍弱，就像普通膠水，黏合著原子，其特性造就了元素周期表；引力則制約著天體運(yùn)行。

4、當(dāng)能量無限升高，四種相互作用合而為一，我們就來到了時(shí)空萬物的創(chuàng)生的時(shí)刻，我們看到了終極！

人類知識(shí)體系

本節(jié)知識(shí)體系

01.你看這夸克又小又圓

一花一世界，一沙一天堂。

宇宙創(chuàng)生的大爆炸并沒有你想的那么神秘，甚至一滴水就足以折射出創(chuàng)世的景象！就讓我隨手舀一滴未名湖的水，當(dāng)然，它也可以是你身邊的隨便一滴什么，讓它告訴我們什么是終極。神創(chuàng)論什么的都滾粗吧。

不過，我們還是先從冰開始講起——

眾所周知，水由水分子構(gòu)成，當(dāng)溫度低的時(shí)候，這些水分子整整齊齊的碼放——這就是冰；溫度稍高，碼放不再整齊，但依然聚集在一起——這就是水；溫度更高，分子們分道揚(yáng)鑣，便形成了水蒸氣。

等等，什么是分子？“分子是保持物質(zhì)性質(zhì)的最小單元”，以水來舉例：一杯水是水，半杯水也是水，再取出一半它還是水，“日取其半，萬世不竭”。但是，隨著水越來越少，僅剩最后一個(gè)水分子的時(shí)候，再把它一刀兩斷，就不再是水了。

此時(shí)一位好事的讀者湊了上來：“有一個(gè)人，取其一半，……，這就是人分子！”不好意思，人是由各種不同的分子構(gòu)成的，沒有人分子這回事，況且人被一刀兩斷后也就不能被稱為人了。

你看那冰，水分子碼放得多么整齊，這是怎么做到的？當(dāng)然是全自動(dòng)的。分子間的電磁作用將水彼此黏在一起、碼放整齊，而當(dāng)溫度升高時(shí)，分子跳動(dòng)變得劇烈，電磁作用再也拉不住它們，冰變成了水——碼放不再整齊，進(jìn)而變成蒸氣——不再碼放一起。

好，現(xiàn)在我們已經(jīng)把這滴冰加熱成單個(gè)的水分子——蒸氣，再繼續(xù)加熱它會(huì)怎樣呢？

假如由于某種大災(zāi)難，所有的科學(xué)知識(shí)都丟失了，只有一句話可以傳給下一代……我相信這句話是原子的假設(shè)：所有的物體都是由原子構(gòu)成的——這些原子是一些小小的粒子，它們一直不停的運(yùn)動(dòng)著，當(dāng)彼此略微離開時(shí)相互吸引，當(dāng)彼此過于擠緊時(shí)又互相排斥。 ——理查德·費(fèi)曼

分子，是由一個(gè)個(gè)跳動(dòng)的原子構(gòu)成的。水分子，則由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子構(gòu)成?？墒?，這些原子為啥要跳動(dòng)呢？這即是溫度的本質(zhì)：一切絕對(duì)零度以上的物體都在不斷跳動(dòng)，其中，跳動(dòng)劇烈的溫度高，跳動(dòng)和緩的溫度低。用手去摸滾水的時(shí)候，劇烈跳動(dòng)的水分子撞擊皮膚中的分子，使得皮膚中分子也劇烈跳動(dòng)起來（所謂的熱傳導(dǎo)），無法保持原有的形態(tài)，燙傷便發(fā)生了。

繼續(xù)加熱這顆水分子，電磁作用便再也拉不住瘋狂跳動(dòng)的原子，它們便只好互相Say byebye了?，F(xiàn)在這滴水已經(jīng)變成了一個(gè)個(gè)原子。

原子內(nèi)部是如此空曠——帶正電原子核盤踞在原子中央，猶如螞蟻趴在10層高樓內(nèi)部，帶負(fù)電的電子受到其吸引，在大樓中游走，電磁作用制約著它們。隨著原子由小到大，外層電子數(shù)呈現(xiàn)出周期性的規(guī)律，進(jìn)而元素的化學(xué)性質(zhì)也呈現(xiàn)周期性的規(guī)律，門捷列夫最早觀察到了這樣的屬性，總結(jié)出元素周期表。

繼續(xù)加熱這滴水，分離出電子，是時(shí)候去折騰堅(jiān)硬的原子核了。

剖開原子核這只“螞蟻”，里面別有一番天地：不帶電的中子、帶正電的質(zhì)子，擁擠在狹小的空間中，強(qiáng)相互作用將它們緊縛在一起，其強(qiáng)度遠(yuǎn)勝質(zhì)子間同種電荷的電磁斥力。

質(zhì)子、中子則各自由三個(gè)夸克構(gòu)成。強(qiáng)作用之強(qiáng)，致使夸克被禁閉于質(zhì)子、中子之中，仿佛幽囚中的人，難見天日。加熱復(fù)加熱，分解再分解，至此，微觀粒子已是無可再分，事情就到此為止了嗎？不，我們并不打算善罷甘休，繼續(xù)加熱折騰這些基本粒子。

因?yàn)橥ㄍK極的道路，才走了十分之一……

02.德謨克利特如是說……

世界這座積木城堡，由這些永恒的磚塊搭建而成。

兩千多年前，古希臘哲學(xué)家德謨克利特第一個(gè)認(rèn)識(shí)到構(gòu)成世界的基本磚塊不只一種，他將這些磚塊稱作原子，本意為不可再分。兩百年前，道爾頓借用德謨克利特的原子來命名化學(xué)元素。遺憾的是，后來發(fā)現(xiàn)，道爾頓的原子是可以再分的。

我們史詩般壯闊的世界，正由上圖中微小的基本粒子構(gòu)成。紫色的是夸克家族的六味成員——u、d、s、c、t、b，由u到b質(zhì)量遞增。綠色的輕子——上面一排是三味中微子，下面的是電子、μ子、τ子。但日常，我們只能見到ud夸克和電子，所以我們這次著重介紹它們。

基本粒子們有大有小，巨無霸的質(zhì)量能達(dá)到同類小兄弟的數(shù)十萬倍——但它們的壽命極短，很快便衰變成更輕的粒子，以至于我們?nèi)粘Ｖ荒芤姷阶钶p的ud夸克和電子——質(zhì)量大并不厲害，笑到最后才是贏家。

質(zhì)子（uud）和中子（udd）加上電子形成幾百種原子，構(gòu)成一整張?jiān)刂芷诒?。一代代化學(xué)家們皓首窮經(jīng)，鉆研數(shù)百種性質(zhì)各異的元素，以及它們所形成的億萬種分子，和它們所構(gòu)成的大千世界種類繁多的各種物質(zhì)。以上種種，其實(shí)都是ud夸克和電子不同的排列組合，而電磁作用驅(qū)使和決定著一切——這就是物理學(xué)所追尋的簡潔，大千世界蘊(yùn)含于元素周期表，而元素周期表不過是三種基本粒子的屬性推演罷了。

每種基本粒子都具有質(zhì)量、電荷、色荷、弱荷四種屬性，其數(shù)值大小分別標(biāo)志著它們參與引力、電磁、強(qiáng)和弱相互作用的程度。上帝投下骰子，擲出這些數(shù)值——構(gòu)成了宇宙這款游戲的初始參數(shù)。隨后粒子們帶著這些基本數(shù)值，在相互作用驅(qū)動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)不休，整部宇宙的大戲由此啟動(dòng)。

03.世界的驅(qū)動(dòng)者、塑造者

是時(shí)候聊聊四大相互作用了。

先一起動(dòng)個(gè)腦：試想你和我站在光滑的冰面上，在互不接觸的情況下，如何推開對(duì)方？

答案是將一個(gè)皮球互相拋來拋去，便能互相推動(dòng)對(duì)方遠(yuǎn)離。若皮球比較輕，便能夠拋得很遠(yuǎn)；如果很重，就只能在近處拋拋。

正如上面的場景，物理學(xué)家不相信隔空打牛，所以物質(zhì)之間的相互作用需要玻色子的傳遞。

無質(zhì)量的光子，將電磁作用傳遞到無窮遠(yuǎn)處。

有質(zhì)量的膠子、Z和W玻色子，注定了強(qiáng)和弱作用力程短淺，只能局限于原子核中。

引力子，目前尚未觀測到，如果存在，一定也是無質(zhì)量的，但單個(gè)能量很小，造就了引力無窮遠(yuǎn)但很弱的特性。

引力，最弱的一種相互作用，因萬有而變得強(qiáng)大，塑造著龐大的天體體系。

弱相互作用，力程局限于原子核尺度，且強(qiáng)度較弱，日常生活難以察覺。能使夸克和輕子改變種類，在放射性現(xiàn)象中扮演重要的角色。

電磁相互作用，將電子束縛于原子當(dāng)中，締造了元素周期表和各種豐富的化學(xué)現(xiàn)象。我們?nèi)粘５囊磺校瑤缀醵际请姶抛饔盟?，地板支撐著我們，以及你現(xiàn)在讀到的這篇文章：信息從互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到眼睛再到大腦，這一整套動(dòng)作完完全全由電磁作用所驅(qū)動(dòng)！

強(qiáng)相互作用，相互作用中的戰(zhàn)斗機(jī)。其巨大的強(qiáng)度，將夸克束縛于微小的質(zhì)子中子當(dāng)中，又將質(zhì)子中子牢牢束縛在一起。核裂變、核聚變釋放出的巨大能量，正是源自強(qiáng)作用的強(qiáng)度。

世界的形態(tài)被相互作用所塑造：引力很弱，所以天體很大；電磁較強(qiáng)，所以原子很?。粡?qiáng)作用極強(qiáng)，夸克被牢牢束縛在極小的原子核中。試想引力強(qiáng)上十倍，太陽系一定會(huì)比現(xiàn)在更小，高空墜物也砸得更疼。核聚變，正是一個(gè)原子核砸到另一個(gè)原子核上的過程，小小的原子核竟然蘊(yùn)含著巨大的力量，原來都是被強(qiáng)作用的強(qiáng)度所決定的！

04.“我們看到了終極！”

橫看成嶺側(cè)成峰，峰、嶺其實(shí)是同一個(gè)東西。

幾百年前，電和磁被認(rèn)為是截然不同的事物。后來隨著奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，電磁鐵、電動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，電磁合一——磁現(xiàn)象，不過是電現(xiàn)象的相對(duì)論效應(yīng)。

四種相互作用會(huì)不會(huì)本質(zhì)是同一種作用的不同表現(xiàn)？答案是肯定的：隨著能量的進(jìn)一步升高，四種相互作用會(huì)合并為同一種。

如今，人類已經(jīng)有了完備的弱電統(tǒng)一理論。剩下的引力和強(qiáng)作用的統(tǒng)一，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室能量無法達(dá)到，留待未來的檢驗(yàn)。

繼續(xù)加熱這滴水，隨著能量的逐步升高，平日難得一見的大質(zhì)量夸克、μ子、τ子，都被激發(fā)出來，相互作用逐漸混同，直至四種相互作用混而為一，如此，我們便回到了大爆炸之初。

極端暴虐的能量之中，時(shí)空和物質(zhì)交織在一起，創(chuàng)世的混沌之中，不再有“四面八方，古往今來”，甚至連時(shí)間和空間都尚未創(chuàng)生。但這并不是虛無，混沌之中暴虐的能量正塑造著一切，甚至?xí)r空在此時(shí)也是“躁動(dòng)于母腹中的嬰兒”，終極之中將誕生出今天的所有！

是的，只要有足夠的能量，一滴水也能創(chuàng)造整個(gè)世界，畢竟，我們和這滴水一樣，都是能量凝聚而成的實(shí)體。