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你环顾四周,就在那里,你的左边,两个夸克之间,再次发生。
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一个胶子从背景场中出现,它的朋友也来了,另一个胶子,它俩合在一起……啪!就像光能变成电子,这两个胶子将自己变身为两个夸克!一对没被胶子束缚的夸克双胞胎!它们自由了,作为全新的粒子,它们离开了它们所属的夸克监狱!
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你看着它们离开。
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它们冲着邻近的夸克监狱奔去。实际上它们已成为另一种作用力的携带者,一种并不作用于夸克,而是作用于夸克监狱本身的作用力。当它们到达夸克监狱时,它们又变回胶子,在自己消失前开始守卫那里的夸克……
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正是因为存在这种交换,中子与质子才能共存于原子核中。利用从一个监狱跑去另一个监狱的方式,两个胶子变成的夸克确保了原子核的稳定。参与交换的粒子,那对穿行于监狱之间的夸克双胞胎被称为“介子”。它们所携带的作用力被称为“强核力”。这是一种吸引力,非常强大的吸引力。
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日本理论物理学家汤川秀树早在实验发现介子存在之前很久就已预言了它们的存在,他因此获得了一九四九年的诺贝尔物理学奖。
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还有一个有趣的插曲,存在于所有质子和中子内部的夸克和胶子的这些纠缠,正是造成我们很早以前就已提过的丢失的质量的原因,正是这些丢失的质量让恒星发光。
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你现在已经很熟悉了,在恒星中,小的原子融合在一起变成更大的原子。也就是说恒星们将中子与质子们聚拢在一起,而且与分开时相比,这些中子和质子们一旦聚在一起,就不需要那么多虚拟胶子来守护它们的夸克(或介子来守卫它们的监狱)。有点像两个公司合并后,一些员工岗位就重复了,有些员工就会因此失业……在恒星内核,多余的胶子与介子也被解雇。因为它们带有一些能量,而且能量就是质量,解雇它们就意味着聚合而成的新原子核质量会变小。这就是为什么所有因聚变而产生的原子核比聚变前原子核各自重量之和要轻。这点与现实生活中解雇员工不同,然而,这些丢失的质量变成能量让恒星闪耀,其兑换率就是E=mc2。
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在恒星内部深处,引力的能量被用来合成原子,这个过程又会让质量被转化成光和热,以及其他许多虽然存在但无法被我们眼睛看见的粒子。虽然我们生活中的大多数真相都隐藏在我们的感官之外,但一切都在我们的宇宙中被联系到了一起。
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极简宇宙史 第6章 最后的力量
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现在,你已经看到了两种量子场,一种负责所有的电磁作用,另一种形成了人类已知的最强大力量——名副其实的强相互作用,以及它延伸出来的强核力。
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在某种意义上,这些作用力及它们所属的场都是建筑之力。虽然磁荷会彼此吸引或排斥,但电磁力确保了电子能留在原子核周围。没有它,电子可能飞走,或者坍塌到原子核中,这些之所以没有发生,是因为虚拟光珠阻止了这种行为。电磁场提供了原子的电稳定性以及原子们互相分享电子、组建分子,以及形成我们自己的物质构成的机制。
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另一方面,强核力管理着原子核自身内部。它将中子与质子拉在一起,构建起原子核。没有它,所有的原子核都会解体,我们会在一瞬间变成一团质子与中子之雾,地球与其他所有物质都一样。
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构成这一切的根本,是将夸克禁锢在这些质子与中子之中的强相互作用以及从背景中出现的胶子,它们创造了质子与中子。
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现在你已游览了这两种场,看到了它们相互作用的粒子和作用力携带者,是它们给了这个世界坚硬的性质,虽然迷幻,但还是能被把握。你见到了电子与光子互相的嬉戏和转化。你见到了胶子与夸克都在珍贵的金原子或平常的氢原子的核中摇摆。氢原子虽然普通,却是宇宙中质量最小、含量最多的物质构材,恒星们在内核里将它们融合在一起,建造出最终构成你我的物质。
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氢原子,它或早或晚的枯竭将会引发宇宙中所有恒星的死亡……
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想到这最后一句话,你忽然记起了五十亿年后我们太阳的命运,一下子恢复了自己正常大小,留下那个缩微版的你依然在某处飘荡,逗留在那个你以正常眼睛无法看见的世界。
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自从你舒服地躺在小岛沙滩上懒洋洋地仰望星辰以来,你对宇宙的感知已经发生了巨大的改变。你现在已经知道没有什么是真正空的,所有东西都与其他所有东西相互作用,直到原子的最深处,正是这些遥远的相互作用,构建了原子并让它们成为一个整体。
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你厨房窗外的天空,现在已经变红。太阳正在西边落下,将大片云层涂上火烧般的色彩。
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喝着已经变冷的咖啡,你漫不经心地走了几步,站到窗边向外看去,看向天空,忽然之间,你明白了恒星世界的真相。
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宇宙里所有的恒星都发射出光芒,将光子与各种粒子投向自己的周围,这些光子和粒子都是它们内核中原子核聚变工厂的直接或间接产物。虽然引力——在自己周围的时空中所引起的弯曲——让每一个接近或经过自己周围的物体掉向自己,但那些粒子与光子的风暴则是向外吹去,朝向太空,朝向远方,在不可见但充满整个宇宙的背景场中辐射出阵阵涟漪。
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宇宙就像一个巨大的海洋,一些(非常认真的)太空工程师们想要建造有着巨大风帆的宇宙飞船,巨大的风帆将利用太阳风将飞船带入宇宙深处,这样,宇宙水手们就能沿着时空曲线前进,不需要任何燃料……
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