常戰(zhàn)軍

在《普通高中課程標準》實驗教科書物理選修3～5中，最后一節(jié)談到了粒子和宇宙。至此，學生在中學階段對物質構成的認識到了一個新的高度。為使中學生更加系統(tǒng)地認識物質的構成，對中學階段的所學總結歸納，本文對物質的構成進行簡述。

在對物質組成的認識上，基本上存在兩種不同的觀點：一種認為存在組成物質的最小單元，一種認為物質可不斷分下去，沒有最小的或最基本的單元。

在19世紀以前，人們基本上都認為原子是組成物質的最小微粒，但是后來科學家的足跡證明事實并非如此。

1897年湯姆遜通過測定陰極射線離子的比荷從而發(fā)現了電子。在1910年前夕，對物質構成的認識大致是這樣的：原子是組成宏觀世界的一種微觀實體，原子是電中性的，它由質量很小的電子和集中了原子的幾乎全部質量的正電荷構成；處于穩(wěn)定狀態(tài)的電子是不動的，因此它也不輻射能量，處于激發(fā)態(tài)的電子的振動導致輻射光波。由于電子的發(fā)現，光電效應、放射性、X射線的發(fā)現，原子不可分割的思想禁錮被沖破了。

然后科學家對原子結構至少提出過三種不同的假設，如湯姆遜模型認為原子中帶正電的部分是一個均勻的帶電球體，電子撒在球體中。

對原子結構的研究邁出決定性一步的是盧瑟福和他的學生蓋革、馬斯登所進行的對阿爾法粒子散射的研究。

盧瑟福在詳細分析阿爾法粒子的大角度散射實驗的基礎上于1911年提出了原子的核式結構模型。根據這一模型，原子的帶正電的核幾乎集中著原子的全部質量，核的半徑遠小于原子自身的半徑。原子的線度是由核與電子間的距離所決定的，這些電子是不停地繞核轉動著的。所以，這一模型又稱行星模型。是原子核和電子間的庫侖力提供了電子的向心力。

1911年盧瑟福在研究和反應時認為氫原子核也是組成別的原子核的一個基元。

1919年盧瑟福用阿爾法粒子轟擊氮核從而發(fā)現了質子。后來科學家又發(fā)現，用阿爾法粒子轟擊其他一些原子核，也能打出質子來，說明了每種元素的原子核中都有質子。

1931年，查德威克在研究從鈹發(fā)出的一種中性的穿透力很強的射線的過程中，認為只有假定從鈹放出的是一種質量跟質子差不多的中性粒子，才能解釋實驗現象。他把這種中性粒子叫作“中子”。不久，這個假定被實驗證實了?？茖W家證實了中子也是原子核的組成部分。

質子和中子的發(fā)現，使人們知道了原子核是由質子和中子所組成。人們在轟擊各種元素的原子核時都發(fā)現里面有質子和中子。這樣，人們認識到質子、中子、電子構成一切穩(wěn)定的物質。

那么，質子、中子是構成物質的最小單元嗎？

后來人們發(fā)現，強子是有內部結構的。（質子、中子屬于

強子）

強子由更基本的夸克組成。根據已知粒子的一些固有特性推測，夸克須具備一些奇怪的特性，比如組成一個重子需要三個夸克，組成一個介子需要一個夸克和反夸克?？淇吮仨殧y帶三分之一或三分之二個電子電荷單位。在夸克模型剛剛建立的時候，只需要三種夸克即上夸克、下夸克、奇異夸克，就足以構造當時所發(fā)現的所有強子?？傻搅?0世紀70年代，理論和實驗上的深入研究表明，應該存在六種夸克，還應有粲夸克、底夸克和頂夸克。

人們在探索物質組成的過程中，又發(fā)現了許多基本粒子。

1937年在宇宙射線中發(fā)現了μ輕子。

1947年在宇宙射線中發(fā)現了一種介子（π介子）。

理論和實驗證明，任何粒子都有反粒子。

1947年到60年代初，人們利用加速器和宇宙射線發(fā)現了一批新粒子，由于它們的特殊性質，被稱為奇異粒子。后來又陸續(xù)發(fā)現一組K介子和另一組超子。

至此，基本粒子可以這樣分類。

（1）按質量遞增的次序排列：可分為光子、輕子、介子和重子。光子的概念是愛因斯坦在1905年為解釋光電效應現象而提出的。中子主要有中微子和電子，因其質量很小而得名。強子可分為介子和重子，而重子中的質子和中子，稱為普通強子。重子中不同類型的超子稱為奇異粒子。

（2）按其主要作用可以分為三類：①強子：主要參與強相互作用的粒子，強子也參與弱相互作用，電磁作用。②輕子：主要參與弱相互作用的粒子，帶電的粒子也參與電磁作用。③媒介子：媒介子主要有光子，中間玻色子和餃子。光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強相互作用。

綜上，質子、中子、電子構成一切穩(wěn)定的物質，而其他基本粒子屬于實物粒子，但不是穩(wěn)定的物質的組成部分。

物質除了由實物粒子構成之為，還包括場。

場是物質存在的基本形態(tài)之一。相互作用場存在于整個空間，如電磁場、引力場等實物之間是通過場來相互作用的。

電磁場是物因為它能脫離任何其他東西而獨立存在。它有自己的質量、能量、速度等性質。

引力場是一個有質量的物體造成旁邊的空間中每點都有一個引力的大小和方向。

場不能理解為由任何元素或實物粒子構成，而是一種可以引起其他物質或者事物產生相應物理行為的狀態(tài)。它是以能量的形式存在的。

以上是對物質構成的基本概述，科學探索的腳步是永不停息的，人們對物質的構成會有更深入的認識，隨著科學的進步與技術的革新，人們的認識會不斷深入和發(fā)展。我們對自然的認識會在大的宏觀尺度上越來越寬廣，在小的微觀尺度上會越來越精細。從肉眼的分辨到光學顯微鏡的出現，人們對微觀世界的認識向前邁出了一大步；從光學顯微鏡到掃描電子隧道顯微鏡的出現，人們的認識又前進了一大步。相信會在不遠的將來，已知的四種力會統(tǒng)一到統(tǒng)一場理論中，夸克模型在統(tǒng)一場理論中會是一個清晰的、自然而然的結果；人們對場的認識也會更加具體深入。場將不再顯得那么模糊。物質世界的構成，將以簡單、明晰的形式呈現在世人面前。

（甘肅通渭縣通渭三中）