新书荐读| 物质是什么-这个世界是由什么构成的？

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作者: [英]吉姆·巴戈特
出版社: 中信出版社
出品方: 中信出版·鹦鹉螺
原作名: MASS
译者: 柏江竹
出版年: 2020-5-20

物质是什么

《七堂极简物理课》作者卡洛·罗韦利推荐：
吉姆·巴戈特用浅显易懂的语言告诉了我们，这个世界是由什么构成的。
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我们身边的万事万物都是由“物质”构成的，从行星到书本，再到我们自己的身体，莫不如此。但物质究竟是什么呢？仔细想一下，这个问题好像又很难回答。

大自然的对称性

尽管物理学家很难理解量子理论所告诉他们的关于物质世界本质的内容，但是该理论的基本正确性是不可否认的。直到今天，量子理论还在持续不断地做出人们难以理解的预测，但这些预测都能在实验中得到严格的证实。

但是我们在第9—12章中所讨论的量子理论主要是关于电子和电磁场的性质和行为。可以这么说，那些环绕着原子核的电子的行为如今支撑着物理学，以及几乎所有的化学和分子生物学的发展。然而，我们知道原子内部的结构远远不止这些，随着量子电动力学问题的圆满解决，物理学家的注意力不可避免地转向了原子核本身的结构。

量子电动力学非常成功，在物理学家看来，量子电动力学给他们提供了一种通用的方法，可以建立新的理论，解释原子内部其他力是如何发生作用的。到20世纪50年代初，人们认识到原子内部有三种力，其中电磁力使得带电的原子核与电子结合在一起，另外两种力则作用于原子核内的质子和中子。

第一种被称为弱核力，第二种被称为强核力，顾名思义，前者比后者要弱得多。弱核力出现在某些类型的放射性衰变中，如β衰变。β衰变涉及一个中子自发地转变成一个质子，同时喷射出一个快速移动的电子的过程。我们可以将这一过程记为：n→p++e–，其中n代表一个中子，p+代表一个带正电的质子，e–代表一个带负电的电子。

事实上，自由中子自身就具有放射性，而且不稳定，它的半衰期约为610秒（略大于10分钟），这意味着在这段时间里，某一初始数量的中子里有一半会衰变为质子（或者说，每一个中子衰变的概率为50%）。但是中子和质子在原子核中结合在一起时就会稳定下来，所以大多数原子核都是没有放射性的。然而也有一些例外，如一个含有19个质子和21个中子的钾同位素原子的原子核，其自身所具有的能量略大于它能稳定容纳的能量。它的半衰期约为13亿年，是所有动物（包括人类在内）体内天然核辐射最主要的来源。