第十一章 马斯特·马克的夸克
0世纪60年代,加州理工学院物理学家默里·盖尔曼试图把事情简化一下,发明了一种新的粒子分类法,用斯蒂芬·温伯格的话来说,实际上quot;在一定程度上使大量的强子重新变得一目了然quot;--强子是个集体名词,物理学家用来指受强核力支配的质子、中子和其他粒子.盖尔曼的理论认为,所有强子都是由更小的,甚至更基本的粒子组成的。他的同事理查德·费曼想跟多利那样把这些新的基本粒子叫做部分子,但是没有获得通过。它们最后被称做夸克。
盖尔曼从小说《芬内根的觉醒》的一句话中取了这个名字:quot;给马斯特·马克来三夸克(quarks)!quot;(敏锐的物理学家把storks或larks作为该词的韵脚,尽管乔伊斯脑子里想的几乎显然是后者的发音。1)夸克的这种基本的简洁性并没有持续很久。随着人们对夸克的进一步了解,需要更细的分类。尽管夸克太小,不可能有颜色、味道或任何别的可以识别的化学特性,它们还是被分成六类--上、下、奇、粲、顶和底,物理学家们奇怪地把这些统称为它们的quot;味quot;;它们又进一步被分成红、绿和蓝三种颜色。(人们怀疑,这些名称原先在迷幻药时代在加利福尼亚州使用过。这不完全是一种巧合。)最后,出现了所谓的标准模型。对亚原子世界来说,它实际上是一个元件箱。标准模型的组成成分是:6种夸克、6种轻子、5种已知的玻色子和1种假设的玻色子(即希格斯玻色子,以苏格兰科学家彼得·希格斯的名字命名),加上4种物理力中的3种:强核力、弱核力和电磁力。
这种安排其实说明,在物质的基本材料中有夸克;夸克由名叫胶子的粒子黏合在一起;夸克和胶子一起形成了原子核的材料,即质子和中子。轻子是电子和中微子的来源。夸克和轻子统称为费密子。玻色子(以印度物理学家S.N.玻色的名字命名)是产生和携带力的粒子,包括光子和胶子。希格斯玻色子也许存在,也许不存在;这完全是为了赋予粒子质量而发明出来的。
你看得出,这个模型真是有点儿笨拙,但这是可以用来解释粒子世界全部情况的最简单的模式。大多数粒子物理学家觉得,正如利昂·莱德曼在1985年的一部电视片里说的,标准模型不大优美,不大简明。quot;它过于复杂,有许多过于武断的参数。quot;莱德曼说,quot;我们其实不明白,为了创造我们都知道的宇宙,造物主干吗要转动20个门把来设定20条参数。quot;实际上,物理学的任务是探索最终的简洁性,而迄今为止的一切都乱成了美丽的一团--或者就像莱德曼说的:quot;我们深深地感到,这幅图画并不美丽。quot;
标准模型不但很笨拙,而且不完整。一方面,它根本没有谈到引力。找遍整个标准模型,你找不出任何解释,为什么放在桌上的帽子不会飞上天花板。为了赋予粒子以质量,你不得不引入假设的希格斯玻色子,它是否真的存在,要靠21世纪的物理学来解决。正如费曼所由衷地认为的那样:quot;因此,我们对这个理论处于进退两难的境地,不知道它是对的还是错的,但我们确实知道它是有点儿错的,或者至少是不完整的。quot;
物理学家试图把什么都扯到一起,结果想出来一种所谓的超弦理论。这种理论假设,以前我们认为是粒子的夸克和轻子,实际上都是quot;弦quot;--振动的能弦,它们在11维中摆动,包括我们已知的3个,维度再加上时间,以及7个别的维度,它们,哎呀,我们现在还无法知道。这种弦非常微小--小得可以被看成是点粒子。
通过引入额外的维度,超弦理论使科学家能把量子定律和引力定律相对比较融洽地合在一起,但是,这也意味着,科学家关于这个理论的任