量子夸克

前言

掂一下這本書，你就能感覺到地心引力的作用?？吹竭@一頁字，你會意識到光的存在：引力和電磁力對我們來說，都是再熟悉不過的東西了。但是大自然還操縱著另外兩種我們不怎么熟悉的力。要了解這兩種力的機(jī)理，就要在進(jìn)行高倍放大后，在特別精細(xì)的尺度上觀察世界，這時日常事物都會呈現(xiàn)出更為基本的組成部分。這兩種我們不太熟悉的力，分別叫做強(qiáng)相互作用力(strong force，簡稱強(qiáng)力)和弱相互作用力(weak force，簡稱弱力)。強(qiáng)力使組成物質(zhì)的最基本成分結(jié)合在一起，為我們的太陽提供動力，而弱力則參與放射性過程。物理學(xué)家們已經(jīng)提出了一套理論，來說明強(qiáng)力怎樣在最基本的層次上產(chǎn)生作用，本書的內(nèi)容就是關(guān)于這套理論的。這套理論就是量子色動力學(xué)(quantumchromodynamics)，或簡稱為QCD。它是人類智慧最偉大的成就之一。研究強(qiáng)相互作用力的物理學(xué)分支叫做粒子物理，或者也可以叫做高能物理。高能物理學(xué)家也研究弱相互作用力，但是我們可以耍個小把戲，把有關(guān)弱力的東西，連同包括引力在內(nèi)的所謂大統(tǒng)一理論都放到一邊。就像一本歷史書，可能僅涵蓋了英國歷史，而不是整個歐洲的歷史一樣，本書的主要目的是介紹量子色動力學(xué)及其基本規(guī)律和發(fā)展歷程。就像一本講述英國歷史的書并不能記載所有的英國歷史一樣，本書也不可能面面俱到。為了方便更廣大的讀者，與其他介紹粒子物理的書相比，本書更加詳細(xì)地探討了量子色動力學(xué)及其相關(guān)內(nèi)容?！读孔涌淇恕芬粫庠谑箯V大讀者容易理解書中內(nèi)容：讀者不需要有物理學(xué)或數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，本書使用的符號也做了最大程度的簡化。如同一本俄國名著中會有許多人物的名字令我們感到陌生那樣，本書也會有很多晦澀的術(shù)語，因此書后提供了詳盡的術(shù)語表供大家查閱。書后還收錄了重大事件的歷史年表，以幫助讀者勾勒出QCD隨時間發(fā)展的脈絡(luò)。量子色動力學(xué)是一個龐大的課題，許多人為此投入了大量時間和精力，如此多的內(nèi)容無法全部包羅在本書當(dāng)中。我希望有關(guān)專家們能原諒我略去了一些觀點(diǎn)、人物、實驗以及參考資料，權(quán)且讓我們在偉大思想之間信步，做一次輕松的旅行，而不要把本書作為一本教科書來對待。

內(nèi)容概要

你能感覺和觸摸到的世界是由原子構(gòu)成的，原子是能夠分辨的最小物質(zhì)塊。但是原子中心本身又是一個全新的世界，其中的居民是夸克：夸克看不到，不可思議地小，但卻是構(gòu)成我們這個宇宙的最小磚塊。在夸克統(tǒng)治的這個世界中，規(guī)則與我們的世界大不相同。這些規(guī)則是量子規(guī)則。巨大的粒子加速器可以將這個世界展現(xiàn)在物理學(xué)家們眼前，使他們能夠形成一套關(guān)于量子規(guī)則的理論，用來解釋夸克何感覺彼此的存在。《量子夸克》講的就是這套理論：量子色動力學(xué)。

作者簡介

安德魯·華生是一位自由職業(yè)的科學(xué)記者和作家。他在曼徹斯特大學(xué)拿到理論物理博士學(xué)位之后，繼續(xù)研究和講授物理。他現(xiàn)在是食物研究所（Instituteof Food Research）的兼職科學(xué)家，同時也寫作。他經(jīng)常為《科學(xué)》雜志寫文章。

書籍目錄

前言致謝第一章  力及其相關(guān)理論簡介第二章  對稱性第三章  量子世界第四章  向QCD進(jìn)軍第五章  QCD理論的一個數(shù)字第六章  群居的膠子第七章  夸克和強(qiáng)子第八章  顯微鏡下的夸克第九章  庸人自擾第十章  棋盤QCD理論附錄1  QCD年表附錄2  小辭典

章節(jié)摘錄

第一章　力及其相關(guān)理論簡介在路易斯安那州（Louisiana）的利文斯通（Livingston），坐落著一幢與眾不同的“L”形建筑物。它由兩條相互垂直的4千米長的臂組成，兩臂的遠(yuǎn)端和兩臂連接的拐角處都裝有反射鏡，激光經(jīng)鏡子反射后在兩臂中來回穿梭。在往返多次之后，光線會重新匯合。測量結(jié)果令人吃驚：建筑物的長度發(fā)生了微小的改變。建筑物的長度為什么會改變呢？難道路易斯安那州自身發(fā)生了伸縮？科學(xué)家們普遍贊同這個想法。也就是說，如果艾爾伯特?愛因斯坦（Albert Einstein）的引力理論正確，引力波會穿過路易斯安那州，同樣也會經(jīng)過華盛頓州（Washington state）。在華盛頓州的漢福德，也有與路易斯安那州一模一樣的儀器正在觀測這種波動。波動會穿過整個地球。實際上，根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，波動將穿過時空結(jié)構(gòu)本身。只不過在路易斯安那州和華盛頓州能方便地觀察到這種波動而已。引起波動的振動源非常強(qiáng)，能夠使整個宇宙都發(fā)生震顫，諸如恒星的坍塌，甚至是宇宙誕生本身都屬于這種振動源。廣義相對論預(yù)言，這些事件將會發(fā)出引力波，這就是科學(xué)家們在路易斯安那州和華盛頓州想要探測的那種時空波動。在意大利、澳大利亞等其他一些地方也有探測器在探測這種波動。廣義相對論還預(yù)言了黑洞（black hole，一種坍塌后的恒星）的存在，其強(qiáng)大的引力連光都無法掙脫。天文學(xué)家們無法直接想象黑洞的樣子，但他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多有可能是黑洞的天體，像天鵝座X1恒星系統(tǒng)（Cygnus X-1 system）中的伴星就極有可能是黑洞。天文學(xué)家認(rèn)為，我們銀河系的中心也隱藏著一個巨大的黑洞。他們的觀測也支持了廣義相對論的另一個預(yù)言——引力透鏡效應(yīng)（gravitational lensing）。就是說，如果在地球上觀測一個很大的星系，可能會看到星系的多個像，這些像會按照一定的方式排列，并且看起來可能比實際位置更遠(yuǎn)。愛因斯坦最初的想法是，太陽會使恒星發(fā)出的光彎曲，引力透鏡效應(yīng)是這種想法的另一個說法，人們第一次觀測到引力透鏡效應(yīng)是在1979年。而太陽會使光線彎曲的預(yù)言，早在1919年就已經(jīng)被證實，正是這一成就使愛因斯坦和廣義相對論登上了歷史舞臺。

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