成质子和中子。
现在我们知道,不管是原子还是其中的质子和中子都不是不可分的。问题在于什么是真正的基本粒子——构成世界万物的最基本的构件?由于光波波长比原子的尺度大得多,我们不能期望以通常的方法去“看”一个原子的部分,而必须用某些波长短得多的东西。正如我们在上一章所看到的,量子力学告诉我们,实际上所有粒子都是波动,粒子的能量越高,j则其对应的波动的波长越短。所以,我们能对这个问题给出的最好的回答,取决于我们的设想中所能得到多高的粒子能量,因为这决定了我们所能看到的多小的尺度。这些粒子的能量通常是以称为电子伏特的单位来测量。(在汤姆逊的电子实验中,我们看到他用一个电场去加速电子,一个电子从一个伏特的电场所得到的能量即是一个电子伏特。)19世纪,当人们知道如何去使用的粒子能量只是由化学反应——诸如燃烧——产生的几个电子伏特的低能量时,大家以为原子即是最小的单位。在卢瑟福的实验中,α粒子具有几百万电子伏特的能量。更近代,我们知道使用电磁场给粒子提供首先是几百万然后是几十亿电子伏特的能量。这样我们知道,20年之前以为是“基本”的粒子,原来是由更小的粒子所组成。如果我们用更高的能量时,是否会发现这些粒子是由更小的粒子所组成的呢?这一定是可能的。但我们确实有一些理论的根据,相信我们已经拥有或者说接近拥有自然界的终极构件的知识。
用上一章讨论的波粒二象性,包括光和引力的宇宙中的一切都能以粒子来描述。这些粒子有一种称为自旋的性质。自旋可以设想成绕着一个轴自转的小陀螺。但这可能会引起误会,因为量子力学告诉我们,粒子并没有任何很好定义的轴。粒子的自旋真正告诉我们的是,从不同的方向看粒子是什么样子的。一个自旋为0的粒子像一个圆点:从任何方向看都一样(图-a)。而自旋为1的粒子像一个箭头:从不同方向看是不同的(图-b)。只有把当它转过完全的一圈(360°)时,这粒子才显得