這是多年前買的一本物理科普，還是中英對照版本的，居然是到了2022年才開始看。工科的關(guān)注朋友放心，敝號依然會持續(xù)對這方面的探索，宏觀宇宙、微觀粒子、機械工程、能源技術(shù)。

宏觀領(lǐng)域的事物及其規(guī)律，常常會以符合我們經(jīng)驗認知的方式進行?？蛇@并不意味著，我們的經(jīng)驗認知就是絕對可靠和唯一可靠的。

此前敝號隨筆的康德三大批判，黑格爾的精神現(xiàn)象學(xué)，佛經(jīng)教義乃至列寧的哲學(xué)筆記，都反復(fù)強調(diào)，我們的經(jīng)驗認知并非就是客觀自然本身，那是我們經(jīng)驗到的世界，這個世界，在很大程度上，是人類的認知結(jié)構(gòu)造就的。

所以，當(dāng)物理學(xué)深入到極小極快的微觀粒子領(lǐng)域去后，就好比從一個世界到了另一個平行世界，看到了一個全新的運行方式。微觀粒子領(lǐng)域的運行方式，對我們的經(jīng)驗認知，是顛覆性的。

比如，在我們的認知范圍中，物質(zhì)“是什么”和“發(fā)生了什么”是可以明確區(qū)分的。如地球（是什么）圍繞太陽做軌道運動（發(fā)生了什么），而且，物質(zhì)是什么，與物質(zhì)發(fā)生了什么，可以完全獨立毫不相干。可是在粒子領(lǐng)域，粒子是什么，對于粒子將發(fā)生什么，和以什么方式運動，密切相關(guān)。甚至可以說，是什么，就決定了發(fā)生什么，反過來也一樣。

關(guān)于尺度。

經(jīng)驗世界的尺度，與微觀世界的尺度，有一個經(jīng)典的比例關(guān)系——我們眼光所及的辦公桌的長寬，乘以10的26次方，就相當(dāng)于宇宙的半徑。反過來，把辦公桌的長寬再除以同樣的數(shù)字，就能得到微觀粒子世界的最小尺度。那么最大的尺度——宇宙的半徑，與最小的尺度粒子，之間差了多少——10的44次方。

最小尺度其實是用速度衡量的，唯一恒定的標(biāo)準(zhǔn)就是光速。光子沒有質(zhì)量，所以能以光速運行，這體現(xiàn)為質(zhì)量與能量通過光速的聯(lián)系——質(zhì)量越大，速度就會越慢。

現(xiàn)在有了一種設(shè)想，叫速子，大家還在探測其存在與否。速子可能比光速更快，在它開始運動之前，就已經(jīng)到達了目的地。

用實驗方法探測到的最小長度是10的負18次方米，換成時間，那就是光速的10的負26次方秒走過的距離。宇宙的年齡137億年，差不多是10的18次方秒，那么宇宙年齡與微觀最小長度之間相差了多少？——也是10的44次方。

也就是說，粒子世界的粒子以光速運行，宇宙的邊緣，也在以光速在擴張。兩個極端，極大極遠，與極小極快，都因為光速相連。

關(guān)于旋轉(zhuǎn)。

幾乎所有事物都在旋轉(zhuǎn)。太陽每26天自轉(zhuǎn)一周，每2億3千萬年繞銀河系公轉(zhuǎn)一周。銀河系也在轉(zhuǎn)，然后還在公轉(zhuǎn)。往小了看，分子在自轉(zhuǎn)，原子也在自轉(zhuǎn)，原子核大部分都在旋轉(zhuǎn)，質(zhì)子、中子、夸克以及膠子，都在自旋。

為啥會這樣，不知道。不過，旋轉(zhuǎn)就是事物的本質(zhì)屬性，這一點確鑿無疑。

粒子旋轉(zhuǎn)就帶有能量，尼爾斯·玻爾用角動量來說明這種動能。他采用的是普朗克常數(shù)除以2π來量子化原子的角動量。接著又發(fā)現(xiàn)電子的角動量居然是1/2這個數(shù)，而且電子這么一個最小單位的玩意，有兩個自旋方向——向上，向下。

這么一個向上，一個向下，就決定了粒子性質(zhì)的差異，進而決定原子、分子的差異，進而是事物的差異。

關(guān)于輕子重子。

基本粒子中的輕子是個大類，三大類，六種粒子——電子及其中微子，μ子及其中微子，τ子及其中微子。質(zhì)量的話，從電子到τ子越來越重，穩(wěn)定性則恰好相反，電子最穩(wěn)定，τ子最不穩(wěn)定。

中微子是個啥東西呢，其實也是理論猜想先提出來的，純粹是泡利為了解決原子核衰變時的β射線問題——也就是原子核釋放一個電子，帶來的能量守恒問題。

因為實驗發(fā)現(xiàn)，原子核衰變發(fā)射一個電子，電子帶走的能量，并不等于原子核衰變損失的能量，于是他只好假設(shè)，與電子一起逃逸的還有一種沒有電性的粒子——中性的微子，中微子。

然后就真發(fā)現(xiàn)了。

泡利的猜想，后來被費米進一步發(fā)展，到了費曼手中成了一個有力的解釋工具——用粒子的發(fā)生和湮滅來解釋四種力的作用原理。

湯川秀樹就是按照這個思路，把強相互作用力的交換粒子給想像并找了出來——μ子，之前叫介子，以區(qū)別像夸克構(gòu)成的重子和最基本的電子。

μ子的質(zhì)量是電子的200倍，壽命卻只有兩百萬分之一秒，比電子短太多了?！唉套訛槭裁催@么重？”據(jù)說這是理查德·費曼長期保留在他實驗室黑板上的一個問題。

上世紀(jì)六十年代，馬丁·佩爾用電子和正電子對撞，撞出一種新質(zhì)量粒子——τ子。

這也不是說他拿兩個球撞出一個新球，而是通過測算對撞前后的電子動能與質(zhì)量差異，推測幾乎就是在對撞瞬間曾經(jīng)產(chǎn)生過一種新粒子，而且這個新粒子還有其對應(yīng)的中微子。

τ子并沒有被直接觀察到，因為其存續(xù)時間太短，永遠都只能是“曾經(jīng)存在”——這不能說是科學(xué)家們不嚴(yán)謹，而恰恰是方法與理論能夠超越經(jīng)驗?zāi)芰Φ睦C。

這恰好也是佛學(xué)所說的，即生即滅。

至此，最基本的輕子三兄弟都被發(fā)現(xiàn)了。電子、μ子和τ子，及其各自中微子，它們被稱為基本粒子的三味或者說三色。為啥是三味而不是四味或五味？不知道。

不過物理學(xué)界很確認，就是三味，不會再多——觀測來自太陽的中微子，數(shù)量是電子中微子的三倍。

接著就是重子，重子的基本構(gòu)建就是著名的夸克?？淇烁鶕?jù)質(zhì)量和自旋狀態(tài)，又分成六種，每兩種為一組，成了三組。又是三。最搞笑的地方，是夸克的自重和自旋都是分數(shù)，自旋數(shù)是1/2，自重則是1/3。

很遺憾，其實沒有夸克的直接觀測證據(jù)，這也只是個理論設(shè)想，只不過是在數(shù)學(xué)和實驗上可以間接證明。

夸克可以構(gòu)成兩類重子——三個夸克可以構(gòu)成半奇數(shù)自旋的重子如質(zhì)子、中子，正反兩個夸克可以構(gòu)成整數(shù)自旋的介子，如玻色子和費米子。

關(guān)于作用力。

上面說了那么多“子”，就是為了說明那些強力、弱力、電磁力和引力的作用原理——都是物質(zhì)之間的粒子交換。

比如，電磁力交換的是光子，弱力交換的是W和Z玻色子，而且，交換的粒子越重，那么力程就越短越弱。

光子沒有質(zhì)量，所以電磁力的力程就長，可以長達幾公里；W和Z粒子比較重，所以弱力的力程就很短，只有質(zhì)子的直徑那么遠——要靠到那么近，才會產(chǎn)生作用。

強力是束縛夸克組成質(zhì)子等重子的力，力度巨大，但力程更短。強力的來源是夸克之間交換所謂膠子這種粒子產(chǎn)生的。

為了說明電子之間通過光子的電磁作用，作者用了詳盡的費曼圖來解釋。看到這里我才算又弄懂了一點費曼圖的含義——此前在讀《理查德·費曼傳》時還有幾個沒搞明白的地方，在這里算是弄通了（隨后會發(fā)隨筆理查德費曼傳）。

看費曼圖的一個核心理念要注意——粒子在時間里正向運動，同時也可被視為其反粒子在時間上的反向運動！

所以，一個電子和一個正電子相遇——湮滅——產(chǎn)生一個光子，這個時間序列事件，其實也可以是這樣的發(fā)生的——一個電子沿時間線正向移動，釋放一個光子之后，轉(zhuǎn)變?yōu)檎娮?，在時間上反向運動！也就是說，沿時間正向運動的電子，等價于一個沿時間反向運動的正電子。

這在宏觀世界的我們無法想象，也覺得不可思議。但在那極小尺度范圍內(nèi)，時間與空間都已經(jīng)一體化，粒子的運動，其實就是出現(xiàn)和湮滅，因此，在宏觀世界看來不可能的反時間運動，也能成為客觀事實。

關(guān)于概率。

粒子世界主要受概率支配，這一點已經(jīng)毫無疑義。為什么會這樣？要真究起來，宏觀世界可以有確定性的規(guī)律，何以微觀世界就是概率？其實應(yīng)該可以歸結(jié)為數(shù)量和頻度問題。

舉個簡單的例子：如果一個放射性的原子，平均壽命是十億年，然后發(fā)生衰變，要觀察這么一個原子的衰變，就是不可能的事。但如果我們有十億個這樣的原子，那么平均每年就至少有一個原子會衰變，而如果我們能有3650億個原子，那么平均每天就能有一個原子衰變。

實際上，3650億這個數(shù)量，在微觀粒子世界，還只是一個很小很小的數(shù)量！

所以說，那么巨大數(shù)量的群體，以及每個粒子個體極高的頻度，概率成為支配性規(guī)則，就成了必然，而且可以頻繁地觀測到看起來概率很小的事件！