質子由夸克組成,夸克由什麼組成?再往下呢?

一枚遊戲科幻迷


答:當前的科學實驗,能觸及和證實存在的,夸克已經是最基本的粒子之一;但是超弦理論預言,夸克由更基本的“弦”組成。



質子和中子由更基本的粒子“夸克”組成,這點已被實驗證實;在標準模型理論中,預言了62種基本粒子,其中絕大部分已被實驗證實存在。



夸克是大類,包含62種粒子中的36種,比如中子就由一個“上夸克”和兩個“下夸克”構成,這已經是當前實驗物理學能觸及的極限了。

但由於“夸克禁閉”,夸克無法獨立存在,只能和其他夸克發生強相互作用,繼而“綁定”在一起,形成質子、中子等其他基本粒子。


不過理論物理學家走在了前面,發展了一門非常前沿的理論——超弦理論。

超弦理論認為:我們宇宙中的一切物質,都由一種名為“超弦”的組成,超弦尺度非常小,大約10^-35米級別,當超弦以不同的方式振動時,就得到了不同性質的基本粒子。


“超弦”本身是一維的,但是超弦可以在不同的維度中震動;而且超弦理論預言,我們宇宙由“十維空間+一維時間”構成,其中有七個維度的空間蜷縮在普朗克尺度。


目前,超弦理論很被物理學家看好,被認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,解決了物理學中的一大難題,就是相對論和量子力學的相容性問題。



不過限於超弦理論的研究需要極其艱深的數學知識,以至於目前少有物理學家能去專攻超弦理論,而且當前的科學技術條件,還遠遠達不到驗證超弦理論的尺度。


比如以人類目前建造的大型強子對撞機,如果要對超弦理論進行驗證,其對撞機的長度可以繞銀河系一圈了;所以,目前超弦理論還處於理論研究的探索階段,未來的路還有很長。



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艾伯史密斯


從目前的粒子物理標準模型來看,組成質子以及中子的夸克已經不能繼續再分下去,夸克就是一種基本粒子。也就是說,夸克不是由其他更小的粒子組成,它就是組成物質的最為基本單元。

不過,夸克本身可以分為六味,分別為上、下、粲、奇、底和頂夸克。其中兩個上夸克和一個下夸克組成了質子,一個上夸克和兩個下夸克組成了中子。由於強核力的作用,夸克之間是無法被分開的,它們無法單獨存在,只會被束縛在質子和中子中,這就是夸克禁閉。

儘管有夸克禁閉,但通過粒子加速器,六味夸克的存在已經被實驗證實。目前觀測到的現象都符合粒子物理標準模型的預言,所以關於夸克是基本粒子的說法也得到物理學家的廣泛認可。

另一方面,如果從弦理論來看,夸克並非組成物質的最基本單元,尺度只有普朗克長度(10^-35米)級別的一維弦才是。弦理論認為,所謂的基本粒子只不過是一維弦在不同振動模式下所表現出來的結果,夸克、電子等基本粒子都不例外。雖然弦理論是一個自洽的大統一模型,能夠結合廣義相對論和量子力學,但該理論的預言很難在當前能量級別的粒子加速器中得到驗證。


火星一號


宇宙間的物質都是由基本粒子組成的,那麼基本粒子又是由什麼組成的?如我們所見的物質都是由原子組成的,而原子又是由電子、質子和中子組成的,這三種東西已經到了基本粒子的範疇了,但是它們又是由夸克組成的,那麼夸克又是由什麼組成的呢?

物理實驗發現基本粒子中個頭較大的中子是由一個“上夸克”和兩個“下夸克”組成,但是三個夸克相加的質量要跟整個中子的質量差很多,後來科學家們發現三個夸克之間還有膠子,這是一種時刻在振動的東西,正是它們的振動產生了更多的質量,因此也可以說中子是由三個夸克和聯繫它們之間的膠子構成,而且科學家們發現夸克無法獨立存在,它只能和其他夸克發生強相互作用,這樣的綁定可以形成質子、中子等其他基本粒子,科學家們對物質的組成實驗研究目前基本上只能小到這種程度了。



但是物理理論的推論卻是可以無限的,量子力學認為宇宙的時間和空間都有基本的單位,但是非常小,就是普朗克時間和普朗克長度等了,量子力學認為時間和物質到了這個程度已不可分割,因為它們都是組成宇宙的最小單位,也是物質和能量的最小單位。


那麼一個普朗克長度有多小呢?上面我們說到了夸克,夸克尺度在1乘10的-18次方,而普朗克長度是1.6乘10的-35次方,可見普朗克長度比夸克還要小得多,一個夸克裡面可以包含太多太多的普朗克體積。

不過這只是體積上的比較,而從普朗克尺度上看,巨大的夸克還是可以有豐富的事物去組成它的,理論物理學家就又發展了一種比夸克還小的可以解釋宇宙和能量組成的理論——弦理論,這種理論認為我們宇宙中的一切物質和能量都由“弦”組成,其物理模型認為所有物質的最基本單位只是一小段“能量絃線”,尺度非常小,寬度可以理解為普朗克長度,不過它並不是普朗克體積,而是可以普朗克長度作為直徑的線性構成,也就是說它是一維的,當它這種東西集合起來以不同的方式振動時,就出現了不同性質的基本粒子,夸克之類的基本粒子就是這樣出現的,然後由這些夸克粒子組成電子、質子和中子,再由它們組成原子,原子構成分子形成物質,物資匯聚形成各種物體或者天體,進而構成我們的宇宙。



弦理論之下的物質和能量是一體的 ,所以現實中它們是可以轉化的,目前在物理實驗上對弦理論的證明也正在逐步趨於明朗,當這種組成物質基本構成的理論被實驗證明時,我們對物質構成的理解認知也將趨於明朗。


科普大世界


一般人認為,夸克是一種不可分割的粒子,同電子一樣屬於最基本的粒子,是所有物質組成的基石。但是,夸克真的不能夠再分割嗎?我想並非如此。



當初科學家們認為電子就是組成物質最基本的粒子,是不可以繼續分割的。但是隨著技術的發展,人們逐漸意識到原子內部還有結構,原子是由電子和原子核組成的,而原子核則是有質子和中子組成。到了這個時候,科學家們又認為電子、質子和中子就是組成物質的最基本粒子了,這些粒子不可以再分割下去了。可是高能強子對撞實驗和一些理論計算發現,質子和中子有這更為精細的點狀結構,它們就是夸克。於是乎突然大家又開始認識了一種新的基本粒子夸克,並且再次認為夸克不可繼續分割下去。



但是,從我們一次次技術進步以及對基本粒子的認識規律發現,夸克不一定就是最基本的粒子,同樣電子也是。我們現在的技術沒有發現它們更為精細的結構,不代表它們就不可分割。這裡提一個現象來證明夸克和電子或許還具有更為精細的結構和組成:

我們都知道黑洞和宇宙爆炸的奇點,它們都是體積無窮小,基本上可以認為沒有體積。然而這麼一個點,卻可以裝的下巨大數量的物質,甚至是整個宇宙的物質。那麼這麼看來,物質最基礎的形態應該是不需要體積的,但凡組成物質的基本粒子有丁點體積,那麼奇點和黑洞就不可能裝的下這麼多物質。所以說,電子和夸克,應該不是基本粒子的最終形態,它們必有更為精密的無體積結構。至於這個組成是什麼,我們暫時不知道。



不過,超弦理論或許給我們一個參考,即基本粒子是由一維的能量弦振動而成。所以,這些能量弦不震動的時候是不需要體積的,就像是能量不需要體積一樣。因而黑洞和奇點可以裝的下無窮多的這種能量弦,也意味著可以裝下無窮的物質。


科學探秘頻道


大家知道,所謂的62種基本粒子與12種標準粒子,都是基於迴旋加速器強制性的產物與推測。

這62種基本粒子,究竟能否作為自然界有資格的基本粒子,是需要反覆驗證的。就大道至簡的邏輯而言,自然界有這麼多的“基本”麼?


有一點是可以類比的:

高能加速器的人工環境,是可以設想或模擬為太陽或中子星內部的核反應環境的。

理由是:①核反應可以使亞原子的震盪高達亞光速,②重粒子內部的結合力,本來就不那麼牢靠,容易裂解或衰變。

例如:中子衰變為為質子、電子、中微子。

有四點是可以認定的:

①原子是由費米子與玻色子兩類基本粒子構成的。費米子,諸如中微子、電子、質子、中子,是高密度的基本粒子,具有能力發散性。

②玻色子,諸如光量子、介子/層子、引力子、場量子,是低密度的基本粒子,具有能力收斂性。

③費米子實體之間的相互作用,總是通過激發玻色子介質來傳播。

④高密度的費米子——有熵增性與發散性——被低密度的玻色子介質所吸納與承載。

依據加速器測試與分析,質子是由三個夸克電荷與六個派膠子與一個繆核介子構成。

我們注意到:夸克不是一個在自然界可以獨立存在的自由粒子,只能在質子內部的膠子約束環境中生存。

為簡化起見,

我們不妨把三夸克分數電荷,看成一個高能正電子(+e)。不難證明,+e與核外電子(-e)一樣,有以光速自旋產生的引力勢能。


但是,+e還伴有因為膠子引力場與繆子核心引力場所帶來的亞光速震盪,而核外電子的震盪速度遠低於光速,所以叫“高能”正電子。

從正負電子或正負質子的湮滅反應來看,費米子裂解以後,都變成了光子玻色子。

這就意味著,我們不必考慮夸克作為基本粒子,更不必考慮夸克的進一步分割。

根據哈勃紅移、微波背景輻射與卡西米爾效應(激發真空場生產電磁波),我們可以斷定:

光量子,在低溫低壓條件下,會慢慢衰變為低頻光子,進一步衰變為引力子,最終衰變為場量子。反之亦然,即:

場量子,在高溫高壓條件下,會迅速激發為引力子,引力子聚變為光量子,光量子縮聚為電子與質子。


因此,我的物態分級模式是:

①原子↹=原子核+電子+低密場量子(W±/Z0)

②原子核↹=質子+中子+高密場量子(膠子)

③質子↹=正電子+高密場量子(膠子+繆子)

④中子↹=質子+電子+低密場量子(W±/Z0)

⑤電子(較高密)↹=光子(低密)

⑥質子(最高密)↹=光子集團(低密)

⑦高頻光子(較高密)↹=低頻光子(低密)

⑧低頻光子(較高密)↹=引力子集團(低密)

⑨高頻引力子(較高密)↹=低頻引力子(低密)

⑩低頻引力子(較高密)↹=基態場量子(最低密)

結論

1:原子可分解為費米子與玻色子;

2:費米子可分解為玻色子;

3:玻色子可分解為場量子;

4:場量子是構造宇宙的最小單元。

物理新物視野,旨在建設性新思維,共同切磋物理/邏輯/雙語的疑難問題。


物理新視野


目前,科學研究發現比夸克更小的能量體是一種叫做弦的振動束,這就是當代普遍被科學界看好的弦理論!



該理論認為自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的點狀粒子,而是很小很小的線狀的“弦”(包括有端點的“開弦”和圈狀的“閉弦”或閉合。理論裡的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段“能量絃線”,大至星際銀河,小至電子,質子,夸克一類的基本粒子都是由這佔有二維時空的“能量線”所組成。弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子,能量與物質是可以轉化的,故弦理論並非證明物質不存在,而是能量與物質是時刻處於相互轉化之中。
弦理論會吸引這麼多注意,大部分的原因是因為它很有可能會成為終極理論。目前該理論適用的空間維度至少已經發展至十維,這也間接說明了一個問題,弦理論的架構是處於不斷的拓撲狀態,也就是宇宙中所有粒子都被侷限在一個四維的膜宇宙(brane)中,而膜宇宙又漂浮在一個更高維度的體宇宙(bulk)裡,宇宙之外還是宇宙,不過維度有所增加,歡迎關注讀聞世界,更多所讀所聞的未解之謎,前沿探索,地外文明以及最新人文見解等你來分享,總有一篇富有建設性的新主張能夠令你醒目!目前,弦理論認為宇宙有11個維度,但是目前最大的問題是:似乎只有當空間— 時間是十維或二十六維,而不是通常的四維時它們才是協調的!
歡迎關注讀聞世界,更多所讀所聞的未解之謎,前沿探索,地外文明以及最新人文見解等你來分享,總有一篇富有建設性的新主張能夠令你醒目!


讀聞世界


按道理講物質可以無限細分下去,但是,依靠當代科學的技術手段,用最先進的方法和儀器,這也是無法做到的。

至今,科學研究發現比夸克更小的能量體是一種叫做弦的振動束,並且逐漸完善形成了系統的弦理論。在這裡,科學家們已經將最小的物質進行了進一步細分,已經達到能量級別,若科學發展,技術手段提高,還能繼續細分,能量的秘密也將能被攻破。但是,現在科技的發展就是依靠對能量的最大利用,如何能擺脫能量的束縛對能量本身進行科學觀察,恐怕是不可能的。

人類對物質世界的細分終會有一個極限,超出極限的世界人類無法理解,更不可能知道詳細。不止在微觀世界如此,宏觀世界亦如此,無法被我們識別的宇宙信息太多太多。我們知道的不過僅僅是浩渺宇宙中的一個角落,我們的科學可能永遠也無法充分理解解釋這個世界。


快樂剪影


科學家早已證明質子是由夸克組成的。而夸克又是個什麼東西呢?所謂夸克,是英語單詞quark翻譯過來的中文名稱。夸克是一種參與強相互作用的基本粒子,也是構成物質的基本單元。夸克之間又互相結合,形成一種複合粒子,叫強子。強子中最穩定的是質子和中子,它們是構成原子核基本單元。

夸克理論是美國物理學家默裡·蓋爾曼提出的理論。他認為質子和中子是由三個夸克組成的,為此默裡·蓋爾曼1969年獲得了諾貝爾物理學獎。默裡·蓋爾曼是一位粒子物理學的奇才,也是粒子物理學的開路先鋒,被譽為夸克之父。

一般來說,物質是由分子構成的,分子是由原子構成的,原子是由電子、質子、中子等基本粒子組成的,而基本粒子則是由比基本粒子更基本的亞粒子組成的。亞粒子也就是人們常說的“夸克”或 “層子”。通過實驗分子、原子和基本粒子已經全部找到了,並且巳經在實踐中廣泛應用。

因為有一種叫“夸克禁閉”的現象,所以夸克不能夠直接被觀測到,或是被分離出來,只能夠在強子裡面找到。基於這個原因,我們對夸克的所知大都是間接的來自對強子的觀測。

而夸克又是由所謂的弦,即超弦組成的,超弦是構成物質的最基本單位,因此超弦成為目前理論上最基本的物質,可以稱之為“基元”,已經沒有比它再小的物質。它已經由點狀粒子突變為弦狀粒子,其形狀就像我們扎頭髮的像皮筋,也有的人說像小提琴震動的弦一樣。超弦有無數根,而且根根相似。但是這些就像一個“模子”裡拓出的一根根超弦,卻能根據自身不同頻率的震動,從而形成不同形狀的粒子,這些形狀各異的粒子,不斷聚集,又形成了一層又一層緊密結合的物質,即宇宙萬物。

34年前,也就是1984年,格林、施瓦茲提出了弦理論,這個堪稱革命性的理論,和愛因斯坦的相對論、量子力學相容合。


小燈燈10


再往下,全球科技界仍然只能使用最原始的笨辦法來探求。那就是用高昂的代價,組建功率更大的電子對撞機,試圖將夸克再進一步粉碎開來,但轉速必須加倍,這可是理論設計,否則粉碎不了夸克的。美國現已無資本來源建造這種電子對撞機了。從頭條見過文章,中國擬建造比美國功率更大的電子對撞機,為我國的物理科研提供實驗所需的基本條件。就如中國的天文學天眼一樣,可能在功率上暫時領先於美國的。但科學科技是有根有序地發展的,各自只能破一回世界記錄而已。真要把握了核心技術,那就如微軟那樣,獨統世界十多年吧?如果不遭美國強拆,時間會更長。科學上,夸克仍然是實心的,證明夸克並不是物質最基本的單元,物理科學現巳無事可做了。這是個瓶頸,是天花板。破夸克,就是破瓶頸,破天花板。現有方法是建造功率更大的電子對撞機。代價之大,世界之最。


李198588733


物質是否無限可分是人類終極難題,與宇宙的起源問題是一樣的,決不是現在人類能解決得了的。如果有哪個人說他解決了物質是否無限可分問題,那一定是騙人的鬼話!這種騙子太多了,有官科、有民科,有神棍,有老道,還有尼姑和修女。像弦論說物質由什麼最小弦組成的。這弦不知是啥,只知道是振動,“不是東西的振動”,比咱中國的“無生有,然後,一生二,二生三,三生萬物”,好像“實在”了一點點,但依然是胡說八道,邏輯不下去的!

物質都是結成拓撲形式,一層一層的時空結構形式。無論物質分割到多麼小,物質都是這樣具有結構的、完整拓撲形式。物質無法認識“本質”,只是認識到物質在其信息空間上的“編碼”,而且,這個“碼集”是“無限層次”的。目前,人們認識到的物質“碼集”就是,62個粒子組成的有限群(不知是不是循環群,應該是希爾伯特空間上的,複共軛對稱群)。這是由楊振寧等一批頂級科學家發現的。

夸克有六種(再加上六種反夸克,共軛對稱“碼字”),它們是這個物質信息碼集空間上的元素(碼字)。目前,這個碼集元素還可以是更基本的碼集表達,即整個物質編碼集(群),就是一個拓撲(空間),具有運算等代數結構的,集合的集合。

“物質編碼”,人們已經知道,它也是一個拓撲空間,信息拓撲空間,與玻色子運動能量“聯結”在一起的、不可分離的信息拓撲空間。所以,物質一直分隔下去的形式,就是波粒二象性同時顯著存在的樣子,既不能說其是費米子,粒子性蓋過波動性的費米子,又不能說其是玻色子,波動性佔主要特性的玻色子。越往下分隔物質,越是這種“二棲粒子”,“男女合體粒子”。

目前,暫時不知夸克由什麼粒子“編碼”,但基本上知道,它還有結構,還是一個“拓撲空間”。現在人們只能猜測其“編碼”而已。

目前,人們確實知道,物質形成穩定拓撲形式,是以“流”的形式存在,“物質流”,封閉的“循環流”形式,或者說,物質拓撲是“和樂群”,纖維叢。所以說,弦論說物質的最小粒子是“封閉、振動弦”,其實就是在構造抽象的纖維叢拓撲而已。只不過確實“編”不下去了。

我們完全可以把太陽系廣義地定義為一個纖維叢拓撲;每個行星公轉一週都是這個拓撲的元素或子集;每個行星自轉一週也是這個拓撲的元素或子集;將宇宙物質系統,無論大小,都納入到纖維叢拓撲的研究領域。電子自旋量就是一個纖維叢子集,電子雲也是;這兩者性質不一樣!

磁場就是典型纖維叢;電流也是,或電荷運動,廣義地都是閉合路徑;那麼,光子從生成到湮滅,廣義的也是纖維叢!我們就應該將糾纏光量子納入到纖維叢範疇,將其…。

所有物質運動,廣義地說,就是拓撲形變,拓撲在時空中的形變,纖維叢拓撲形變!


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