Page 25 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

轻子是指不参与强相互作用的自旋为 1/2 的费米子，包括电子（e）、μ子、τ子及与它们
相对应的中微子(ve、vμ、vτ)。在三代轻子中发现最早的是电子，它带一个负电荷，静质量为
0.511MeV。与之对应的中微子最初只是奥地利物理学家泡利(W.Pauli)为解释β衰变中所放出
电子的能量具有连续谱的问题而提出的一个假设（1931 年）。泡利设想的中微子不带电，静
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质量很小，与物质相互作用很小，很难探测到，直到 1956 年才在β 衰变中被发现（实际上
是反电子中微子）。1936 年，安德森和尼德梅耶(S.Neddermeyer)在宇宙射线中发现了μ子，
其质量为电子的 200 倍，当时以为它是汤川秀树(H.Yukawa)预言的作为核力媒介的介子，后
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来发现μ子是π介子衰变过程中产生的，μ子有μ 和μ 两种，分别由π 和π 衰变产生。μ子不稳
定，可衰变为电子。除质量较大和具有不稳定性外，μ子的相互作用性质与电子完全一样。
-
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1975 年在斯坦福大学的 SPEARe -e 对撞机上工作的实验家佩尔(M.L.Perl)等人，在实验中意
外地发现了第三种荷电轻子τ子，其质量约为电子的 3500 倍。对弱力和电磁力来说，τ子和 e、
μ子具有相同的性质，也不受强力的影响。与μ子和τ子相对应的中微子也相继在实验中被探
测到。
至此，我们有了三代夸克和三代轻子（见表 2.2），算上夸克的三种色荷（红、绿、蓝）
和相应的反粒子，共有 36 种夸克和 12 种轻子。所有实物粒子都是由这些夸克和轻子组成的。

表 2.2 夸克、轻子的质量和电荷数
第一代 第二代 第三代
夸 克 u d c s t b
2
质量（MeV/c ） 1.5-3 3-7 1250 95 174200 4200
电荷 2/3 －1/3 2/3 －1/3 2/3 －1/3
轻 子 e ve μ vμ τ vτ
2
质量（MeV/c ） 0.511 ＜10 -5 106 ＜0.2 1777 ＜3.5
电荷 －1 0 －1 0 －1 0

夸克-轻子层次是现今探测到的最深结构层次，表 2.2 的数据是实验观测到的实测数据，
它们与粒子物理标准模型的理论预言相吻合。至于夸克和轻子是否是不可再分的基本粒子，
它们是否有内部结构，目前还不清楚。在经历了原子不可再分和基本粒子（质子、中子）不
可再分的预言先后两次被打破之后，人们变得谨慎起来。物质无限可分的观点曾一度占据上
风，许多人认为分子、原子、原子核、核子、夸克-轻子等都不过是物质分割的无穷系列中
的一个个“关节点”，物质结构的层次是无限的。然而，二十世纪下半叶以来，越来越多的
实验事实似乎更支持物质结构层次有限可分的观点，夸克和轻子似乎是难以继续分割的“基
底粒子”，至今没有任何实验证据显示这些粒子还有内部结构，虽然还不能确认它们就是物
质结构的最后层次，但很有可能是相当基本的层次。
应该说物质无限可分的前景与人类的自发情感是有冲突的。人们总是渴望拥有一种终极
的解决方案，所以，许多科学家不相信物质是无限可分的。例如，著名物理学家费曼就说：
“如果我们真的……发现这么多层次，一个在一个底下，那有多烦人啊。”海森堡也说：“……
在暗中总是隐藏着康德的两难推论：一方面很难设想物质可以一次又一次地分割下去，但是
另一方面又很难设想，这种分割必然有朝一日到达一个终点。这个两难推论最终是来源于，
我们错误地认为我们的直觉也能够应用到很小的环境中去。”
二、物质的绝对运动模型
假设夸克和轻子是不能继续分割的“基底粒子”，那么这些基底粒子究竟有什么特别之
处呢？或者说基底粒子不可再分究竟意味着什么呢？
这里把不可再分的粒子叫做“基底粒子”而不是“基本粒子”，其主要原因就在于，既

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