夸克還有「顏色」？夸克之下是什麼，或許是弦振動

物質能否無限細分是個永久的哲學話題。支持可無限細分的哲學家大都秉持著芝諾的思想觀。

反對物質可無限細分的哲學家認為物質具有基本單位，這種思想最早源於由德謨克利特的古典原子論。到19世紀，道爾頓提出來了近代原子論，曾讓科學界一度認為物質的最小單位就是原子，並不可再分。

19世紀末到20世紀初，科學新理論呈爆炸式增長，這時候人們發現了電子，發現了原子核，原子不可再分的思想就這樣破產了。

現在我們知道了原子核由質子和中子構成，質子和中子又由夸克組成。

但目前為止，夸克被視為基本粒子。嚴格來說，基本粒子或可再分，或不可再分，因為其內部結構是未知的。夸克之下或許什麼都沒有，或許還有更小的粒子，甚至是超弦理論中的弦振動。理論物理學家曾經一度認為物質的最小單位並非夸克，而是弦振動，弦的不同形式振動會產生不同的基本粒子，當然也包括夸克。由於人們曾經受到原子論的錯誤導向，有些科學家建議不要輕易使用基本粒子的說法，因為自然的未知領域太多了。

夸克之間的關係異常複雜，它的種類被科學家被分為三代六族，比紅樓夢中人物關係還難以琢磨。我簡言意賅的介紹一下這種「基本粒子」的關係。

首先值得注意的是：單獨的夸克是無法被直接或間接地觀察到的。因為夸克們總是成群結隊，兩兩為伍，或者三個為伍，它們不能分開是由於夸克之間的「吸引力」太強了。並且夸克之間的距離拉的越大，這種吸引力就愈發強烈，這就是夸克禁閉。所以，不要指望把單獨的夸克拉出隊伍中，這種「吸引力」比電磁力都強，它就是強相互作用力。

夸克之間的相互作用很繁瑣，為此科學家在粒子物理學的基礎上開了一個分支專門研究夸克，這就是量子色動力學。

你可能會問，為什麼要叫量子色動力學，這個「色」字是什麼意思？

其實這就涉及到夸克的一個性質，叫色荷。科學家發現帶電的粒子了，稱之為電荷。那是不是意味著帶「顏色」的夸克，就是色荷嗎？

當然不是，但是把夸克的某一性質叫色荷，的確啟發於生活中的三原色。

科學家發現夸克和夸克之間並不一樣，它們的量子態有三種可能。

我們把這三種狀態類比成紅，藍，綠色。

要記得夸克永遠都是成群出現的，這個夸克群組成了一個集體，叫強子。有時候這個集體很穩定，有時候不穩定。而最穩定的集體就是就常見的強子。所以最常見的強子就是質子和中子。夸克之間或許還有其他組合群，並形成不同於質子和中子的強子，但它們並不穩定。

繼續回到夸克的「顏色」上。雖然夸克具有「顏色」，但科學家卻發現夸克們組成的集體總是沒有「顏色」的。

所以科學家借用三原色組合形成白色的道理類比夸克的這種形狀，稱這些性質為色荷。

夸克們愛怎麼組合就怎麼組合去吧，反正它們這個集體必須呈色中性。

那麼這種組合就有兩種方式

理論上，每種粒子都具有反粒子。夸克也不例外，夸克也有反夸克。如果一個夸克的色荷是紅色，那麼它的反夸克就是反紅色。

這時候，一個夸克和它的反夸克組成了一個集體，可以稱這個集體為強子（複合粒子）。由於夸克的色荷是紅，反夸克是反紅，紅＋反紅=色中性。這種只由正反夸克組成的複合粒子叫介子。這時候，就不需要其他夸克插足了，因為夸克組成的這個集體已經呈色中性了，再插入一個夸克，就會違背物理定律。這個定律就是由夸克組成的複合粒子呈色中性。

當然還有一種方式的組合。三個夸克分別攜帶紅、綠、藍不同顏色的色荷，它們之間組合形成的複合粒子就是色中性。或者三個反夸克分別攜帶反紅、反綠、反藍組合在一起形成的複合粒子也是色中性。這種由三個不同顏色的夸克組成的複合粒子就是重子。

但是情況並非這麼簡單

我們都知道四大相互作用力，按強度大小排序依次為強力、電磁力、弱力、引力。

每種力的傳播都需要一個做中介的「牽線」粒子。

比如一個物體給另一個物體施加電磁力後，它們之間就相互影響了。這種電磁力看似是超距作用，其實只是依靠場中的中介粒子傳遞了力。電磁力的傳播子是光子，弱力的傳播子是W+、W-、Z玻色子，引力是引力子(暫未發現)，強力是膠子。這四種傳播子也被稱之為規範玻色子

一般情況下，傳播子不參與物質的構成，因為它的身份只是個中介而已。

夸克之間組合在一起依靠的是強力，傳遞這種強力的是膠子。按正常思維理解，膠子傳播了強力，負責把兩個夸克拉在一起就行了。誰知道這個作為中介身份的膠子還在其中插上一腳。

因為膠子也有色荷，由於複合粒子必須保持色中性，這就要求膠子帶的色荷必須也被其他夸克或者膠子中和掉。這就意味著，膠子不僅僅是傳播子，還是構成了複合粒子（強子）的一員。這就顯得光子無比「清廉」。光子雖說傳播了電磁力，但人家本身不帶電性，不參與兩個通過電磁力相互作用的物質的構成。

光子就似一個好媒婆，只撮合鴛鴦成對。膠子卻是個「壞」媒婆，說媒的同時也變成了小三，插足人家的家庭。

由於膠子參與了複合粒子的結構組成，這也導致量子色動力學比量子電動力學難了很多。

下一節，我們接著講夸克的另一個性質——「味」

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