宇宙的诞生以及演化的过程决不只是宇宙物理学的研究课题,在物理学的另一个重要领域——基本粒子物理学中,随着研究的深入,也不可避免地追溯到了宇宙创生的时候,微小的基本粒子研究竟然牵涉到了广大的(虽说诞生时也很微小)宇宙．今天,基本粒子物理学和宇宙物理学如同小车的两轮一样构成了人类对自然界最终奥秘的探索,它们的意义十分深远。

所谓基本粒子理论,顾名思义就是研究把物质不断分割下去最终将得到什么的学问．现在的观点认为,6 种轻子及6 种夸克是构成世间万物的最小物质单位．让我们在这里更进一步深入地(也许应该说是更唯心地)做一番思考．我们必须首先见到某种粒子然后才能够承认它的存在；用肉眼难以辨认的,使用显微镜去观察；用显微镜也观察不到的,则用云室或气泡室通过飞行的径迹来确认,就像飞机在高空飞过后留下的白烟一样,粒子与过饱和水蒸汽相碰撞(相互作用)会产生小水滴,光被这些小水滴散射到眼里与视神经发生相互作用,就可以被我们感知．如果没有相互作用,我们就不可能认识任何对象．避开哲学的、转弯抹角的说法,干脆痛快地说来就是: 没有相互作用与不存在世间万物两种说法完全等同,所以,＂自然界最初存在过基本粒子＂也就等同于＂最初存在过相互作用＂．大家也许会觉得＂因为存在着粒子,所以才有粒子间的相互作用＂这样理解似乎更自然些,但是,反过来去考虑＂正因为有了相互作用,才使粒子的存在得以承认＂才是正确的思路。

关于相互作用,笔者在这里不打算讲述基本粒子论,只把结果告诉大家．按由强到弱的顺序写出来就是

①强相互作用

②电磁相互作用(中间力)

③弱相互作用

④引力

一共4 种．虽然最近出现了还有第五种力的说法,但是有关第五种力还没有得到证实,充满疑团．在本书中,我们遵循主流的观点,只考虑四种力。

强相互作用把质子与中子紧密地结合成原子核,熟悉核力的朋友还知道: 在π介子的媒介下,质子与中子结合在一起,所以可以把强相互作用看作π介子与质子等的结合……．不过这种说法已经过时,今天,我们已经弄清了夸克的行为,在π介子与质子或中子之间发生着夸克的交换．乍一看好象是介子在作媒介,然而真正移动于粒子之间的是夸克。

所以,我们把①项的强相互作用理解为发生在夸克之间的作用力。

电磁相互作用是我们身边最常见的、发生在带电粒子之间的作用力,它的媒介是光子——构成电波、热辐射、可见光、X 射线、γ射线的粒子．说到身边,也许有人要问: 我的身边确实有很多电器,但是也有很多其它东西,能说全部都是电磁相互作用吗? 答案是: 是的,可以说全部都是。

固体是大量原子或分子组成的具有一定形状的存在形态．固体之所以能够存在是由于相邻原子之间的电子以各种形式(共价键、金属键、离子键、范德瓦尔斯键等等)结合在一起的缘故．即使是似乎与电毫不相关的物质也是由于构成它的原子中电子的结合而形成的,人的身体之所以能长成这个样子,也是因为原子在电子的结合力作用下组成了大的有机分子,有机分子又在电子的作用力下组合成手、足和躯干．总之,生物之所以能保持生物的形态并具有生物的机能,全得归功于原子核周围的电子．电磁相互作用(当然其它相互作用也不可或缺)使人类得以在这个世界上生存,这么说并不过分。

我们比较一下①与②的强度．在化学反应中,平均到每个原子或分子上的能量大约为1 电子伏特(1.6×10-19 焦耳)；而原子核的破碎或聚合的能量需要用百万电子伏特来表示,可见强相互作用与电磁相互作用在强度上相差十分悬殊．利用石油、煤炭发电依靠的是电磁相互作用,而利用原子能发电依靠的则是强相互作用。