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第5章 一所特別的監獄(第1頁,共2頁)

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咖啡越來越涼,你端著牛奶的手也開始痠痛。但你毫不在意。

那個縮微版的你已將氫原子孤單的電子拋在身後,正越來越深入地潛入氫原子,向它的核心處飛去。許多一閃而逝的光珠(你在冰箱貼與冰箱之間看到的那種虛光子)在你周圍不斷地出現、消失,證實了你所飛奔而去的原子核的確帶有電荷,也推翻了認為在電子與原子核之間只是一無所有的虛空的想法。

以你現在所在的原子大小尺度,你穿過了極大的距離才到達氫原子的核心。

但你還是找到了它。

與電子一樣,原子核看上去也沒有自己特別的形狀,但它的確有質量。原子核很重,比電子重多了。重了1836倍。它的確帶有電荷,果真是完全與電子相反的等量電荷。

它被稱為「質子」。

它比電子大,但與原子本身大小比(也就是電子佔據的空間大小),它又顯得極其微小。出生於紐西蘭的英國物理學家歐內斯特·盧瑟福(ernestrutherford)在一九一一年發現了它的存在,在這個偉大發現的三年前,他剛剛因對當時而言還非常新穎的放射性現象進行的研究而獲得諾貝爾化學獎。他有所不知的是——當然,他不可能知道——與電子不同,質子不是基本粒子。它的裡面還有一個世界。

你已不再花時間去挑戰不可能之事,你立刻閉起眼睛,伸開雙臂,用瑜伽的方式去感覺質子裡面的世界。

突然之間,你感覺到一種大過一切的力量,你以前所經歷體驗過的任何作用力與這個力量相比,就像是孩子的遊戲。你睜開眼睛,直直地看著。

電磁力能夠輕易勝過你:有些磁鐵能夠彼此緊密貼合,你永遠沒機會把它們分開。

引力也能戰勝你,事實上它的確如此:你永遠不可能跳脫地球的引力。

但現在你面對的簡直就是另一種水平的力量。

在質子內部,那個看上去像模糊雲狀的球體中,你瞥見無數虛擬粒子出現、消失,就像發生在冰箱貼與冰箱之間或電子與質子之間的電磁光珠一樣。但這些不是虛光子。它們攜帶的是另一種作用力,這種作用力與其所屬的量子場一起,成為宇宙中所有物質得以穩定存在的重要因素。

沒有它,所有我們熟悉的東西都將在轉眼間消失。所有東西,包括你的身體。

那些在這裡攜帶著這種驚人力量以保持一切物質完整的虛擬粒子比攜帶電磁力的虛光子有力幾百倍,它們攜帶的是所謂「強相互作用力」。

但如果它們「只是」作用力的攜帶者,你為什麼沒有看到它們所在場中的基本粒子?虛光子令帶電荷粒子互相作用,那麼這裡發生相互作用的又是什麼?

你毫不猶豫地躍入質子中,又一次閉起你縮微版的眼睛,抬起你縮微版的手開始摸索……感覺……搜尋這麼強大力量的攜帶者存在的目的……那麼多能量圍繞在你身邊,你需要竭盡全力才能集中注意力,但最後,你還是成功了。你能辨出三種東西,三種模糊的、波狀的、沉重的被科學家們稱為「夸克」的小東西。這個名字或許聽起來很奇怪,但所有名詞在讓我們熟悉之前不都這樣?

除了現在的你,沒有人真正見過夸克本身。它們自己甚至不能獨立存在——那些不停地出現並消失在它們周圍的強有力的虛擬小傢伙們不會讓這種事發生。夸克之間距離越遠,它們的強相互作用力的攜帶者就會變得越狂躁,比宇宙中所有其他已知的力量更有效地將它們拉回到一起。

對於生活在質子裡的三個夸克來說,生活實在很受限制,如同是在監獄,真的。

那麼那些虛擬監獄守衛呢,強相互作用力的攜帶者們,它們又都是誰?是什麼東西?它們不是光子,非常確定。它們也不是電磁場的一部分,記住:它們是另一種完全不同的場——「強相互作用量子場」的表現。

它們將夸克們粘在一起的能力非常高效,因此得到了「膠子」的名字。

夸克與膠子。

它們構成了我們宇宙中所有的質子。

縮微版的你正在探訪的最小監獄裡還是有些怪事的。

我們中的大多數人絕對相信如果自己被投入鐵窗之後,作為一個人,自由就是離開你的牢房,離守衛越遠越好。然而,對於禁錮在質子裡的夸克,不管是不是有罪,自由卻是反過來的。對於它們來說,自由在於短距離。它們之間距離越短,就越能自由地進行自己想要的行動。夸克的自由度真的是一個很奇怪的概念:當它們之間的距離變短後,就具有能夠獲得一整個世界的可能性。

由於發現了這種獨特的自由度,三位美國科學家戴維·格羅斯(davidgross)、弗朗克·維爾切克(franckwilczek)和戴維·波利策(davidpolitzer)獲得了二〇〇四年的諾貝爾物理學獎。這的確是一個很難理解的概念。在他們獲獎之前幾年,有一次我在劍橋大學遇見了戴維·格羅斯和弗朗克·維爾切克,我一直在想應不應該向他們報銷當年我在試圖理解他們的工作時不得不吞下的治頭疼的藥片錢。

夸克與膠子。

基本粒子夸克是由自己構成的。

膠子也是如此。

作為我們所知道的最強力量——強核力的攜帶者,膠子將夸克監禁在一起,只有在夸克彼此非常接近時它們才能得到自由,因此確保了構成我們的物質不會裂開。

夸克與膠子。

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