全新量子物态科普（量子玻色子费米子傻傻分不清）

前几天，后台有个小哥问我：粒子，分子，原子，量子，玻色子，费米子，质子、中子、电子简单解释一下。所以，今天我们就聊一聊各种“xx子”到底是什么意思？

其实，最好理解的是：粒子。它不特指某一类，而是一个统称，也就是无论是玻色子、费米子、原子、中子、质子、电子都统称为粒子。话说，我们上初高中都要背元素周期表，那上面就是元素的图谱。实际上，不光元素有，粒子也有，科学家在上世纪为各种“xx子”构建了一张粒子周期表，我们称其为粒子物理标准模型。

发现了吧？这里就用到粒子“统称”的概念。因此，关于粒子，你只需要记住它是一个“统称”即可。

量子是这些物理概念中最难理解的，我认为它代表着一种世界观。我们要先从经典物理学说起，牛顿世界观下的物理学认为，

物理变化是连续的。

这该如何理解呢？就拿自由落体来说，从5米掉下去一个物体，一般我们认为，整个过程是连续的，但是普朗克就提出，这种变化不是连续的，而是变化本身也有最小的变化单位。比如：最小单位是0.5米，那物体下落过程中，就应该是从5米到4.5米，然后4米……这里为了方便做了粗暴的处理，实际上这个最小的变化单位是极其小的。

咱们就说时间变化的最小单位，也就是普朗克时间，这个时间间隔只有：10^-43秒。而最小可测的距离，被称为普朗克长度是 1.6x10^（-35）米。

普朗克在研究黑体辐射时，如果假设能量的变化是连续的，那理论就和现实是不相符的，只有假设辐射能量变化是不连续的，存在能量的最小单位：量子，能量的变化只能去量子的整数倍。

所以，我们可以认为，最早“量子”对于能量变化的概念，就类似于“原子”对于物质的概念。

这种全新的世界观彻底改变了物理学的发展方向，20世纪初的物理学大神们都投入到相关研究当中，最终构建的物理学大厦。

分子

其实分子和原子的关系就很简单了，分子是构成物质的粒子，一般是由两个或者更多的原子一起构成的，而连接原子之间的是化学键，，所以，我们可以认为分子是保持化学性质的基本单位。当然同样是化学键，也有不同，不过由于我们主要讲“粒子”，所以就不过多赘述了。

寻找基本粒子

事实上，最早无论是粒子还是原子，都是学者们在寻找构成物质的最小单位。只不过，随着科学的一步步深入，学者们发现自己太单纯了，世界比自己想象中的还要疯狂。先是有人发现了比原子还要小的电子，进而科学家卢瑟福直接轰击原子，探明了其中存在一个远比原子要小得多的原子核。

其实这也掀起来原子模型之争，经历了多代物理学家，出现了多种原子模型，最后海森堡一锤定音。如今的原子模型是这样的，有个原子核，特别特别小，如果原子有足球场那么大，那原子核应该只有蚂蚁的大小，不过原子的质量都在原子核的上面，电子在原子核外呈现概率云的排布。

通过撬开原子，科学家们搞清楚了原子模型。于是，他们开始要撬开原子核，通类似的办法，他们发现了质子和中子。于是，他们就在想，质子和中子到底可不可再分？

于是，又用类似的办法，他们打算轰开质子，看看质子里面还有什么？

结果，他们没能轰开，并不是说质子就是最小的粒子，因为他们发现，轰击质子时，会出现三个散射角度，这说明质子内部还存在三个粒子，它们构成了质子，科学家给这种粒子取名为：夸克。所以原子到原子核再到质子、中子，最后到夸克其实是不断做切分的过程，而切到夸克，科学家就切不动了。所以，基本粒子当中就有夸克。

除了夸克之外，电子、μ子、τ子以及电子中微子、μ子中微子、τ子中微子都是没有办法继续再分的基本粒子，也被称为轻子。因此，这些基本粒子被我们称为费米子。

所以，费米子是构成物质的基本粒子的统称。

传递相互作用

但是只有费米子是构不成物质的，必须有东西把费米子装配起来才能构成物质。说白了，我们还需要费米子之间能够相互作用，而传递这个相互作用的粒子的统称就叫做：玻色子。

在自然界存在四大作用力，分别是引力、强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用。

目前，还没有找到传递引力的玻色子，（补充一句，引力子理论误差巨大，并且没有找到引力子，这并不是主流理论。）至于强相互作用，弱相互作用，电磁相互作用都有相应的玻色子来传递作用，具体来说是这样的：

• 强相互作用：胶子和介子
• 弱相互作用：W玻色子和Z玻色子
• 电磁相互作用：光子

（PS：由于介子并不属于基本粒子，所以并没有被纳入到粒子物理标准模型当中。）

关于这些粒子的质量，是由希格斯玻色子赋予的，这也被称为希格斯机制，希格斯玻色子也就是粒子物理标准模型最后一块拼图，有了它就有之前我们说到的粒子物理标准模型了。

而以上这些粒子，并不是随便编出来的。科学家在上个世纪以及本世纪初，通过大型粒子对撞机都找到了它存在的证据。

最后，我们来总结一下，费米子是构成物质的基本粒子，而传递作用的是玻色子。下图中就是费米子和玻色子之间的关系图，矩形框内的就是费米子，而椭圆内的就是玻色子。

关于各种粒子的内容大概就是这么多，这期信息量很大，我们再来简单的总结一下，

• 粒子是所有微观粒子的总称，不特指某种粒子
• 粒子还能分为费米子和玻色子，前者是构成物质的最小单位，后者是传输相互作用的。
• 费米子中分为夸克和轻子。
• 玻色子中分为规范玻色子和标量玻色子，规范玻色子有传递强相互作用的胶子，传递弱相互作用的W玻色子和Z玻色子，传递电磁力的光子；标量玻色子目前只有希格斯玻色子，是用来赋予粒子质量的。
• 量子指的是能量的最小单位，能量变化只能取量子的整数倍。因此，能量的变化并不是连续的，量子颠覆了经典物理学中“变化是连续的”观念。

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