物理世界奇遇记-第20部分

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它发光的核燃料，到那个时候，整个宇宙将会变冷，并且没有任
何生命存生。

氦　第二轻的化学元素，它的原子拥有两个电子，而它的原
子核就是所谓的α粒子。

海森伯测不准关系式　这个关系式表明，即使是从原理上说，
人们也无法同时完全精确地测定粒子的位置ｑ和动量ｐ。这两种
测不准度的乘积是一个有限的量，它至少与普朗克常数ｈ属于同
一数量级，即Δｐ粒子×Δｑ粒子≈ｈ

高能物理学　也就是基本粒子物理学，其所以这样命名，是
出于利用高能粒子束的需要。

氢　最轻的化学元素，它除了有一个电子之外，还有一个仅
含单个质子的原子核。

暴胀理论　这个理论认为，在大爆炸瞬间的最初10…30秒内，
宇宙经历了一个超速膨胀的状态，然后才逐渐减速到目前的膨胀
速率。尽管暴胀的时间是如此短暂，它却确保宇宙的密度能够达
到临界密度值，从而决定了宇宙最终的命运。

波的干涉　当两个（或更多个）波束的波峰和波谷在同一个
空间区域叠合时，这两个波动就会相加起来。如果一个波束的波
峰正好同另一束的波峰完全重合（这时两组波谷也完全重合），
那么，所产生的干涉就叫做相长干涉。如果一个波束的波峰正好
同另一个波束的波谷重合，那么，所产生的干涉就是相消干涉。
干涉会使两束波的合成强度出现特殊的花样。它可用来证明这时
起作用的是波，而不是粒子。

离子　比其正常组成多（或少）一个电子的原子。因此，这
样的原子便带负电（或带正电）。

同位旋（Ｉｚ）　基本粒子所具有的一种量子数，它与该粒
子的电荷有关。其所以称为同位旋，是因为它在数学上的表现方
式与量子理论中的自旋相似。

尺缩　根据爱因斯坦的狭义相对论，相对于某个观察者运动
的物体，在观察者看来，它沿着运动方向的长度会表现得似乎缩
短了一些。

轻子　所有受到弱力（而不是强核力）作用的粒子的统称。
换句话说，这样的粒子不带色荷。轻子包括电子、μ子、τ轻子
以及与这些粒子相关的中微子。

轻子数　与轻子有关的一种守恒的量子数。对应于三种轻子，
有三个轻子数。

磁单极子　一种只带有一个磁极（或是北极，或是南极）的
粒子。人们在理论上预料有这样的粒子，但到目前为止还没有发
现它。

质量　粒子的一种内禀性质，它决定着粒子对加速力的反应。
有时也把它称为惯性质量。

矩阵力学　量子理论的一种可用的公式体系，它是利用矩阵
构成的。

麦克斯韦的妖精　为了否定热力学第二定律而假想出来的、
能把运动快的粒子和运动慢的粒子分离开的精灵——热力学第二
定律要求熵总是在不断增大。

介子　由一个夸克和一个反夸克组成的粒子。

分子　化学物质的最小单元，由束缚在一起的数个原子组成。

μ子　一种属于第二代的轻子。

中微子　一种电中性的粒子，它的质量非常小，也有可能等
于零。中微子有三种，分别与三种不同的轻子相对应。

中子　原子核的电中性组成粒子，它本身由三个夸克组成。

核裂变　重原子核分裂成数个较轻的原子核。

核聚变　数个较轻的原子核聚合而变成比较复杂的原子核。

核子　组成原子核的中子和质子的统称。

核合成　即核聚变过程，通过这个过程产生了化学元素的原
子核。原初核合成是在大爆炸最初几分钟内极其激烈的条件下发
生的，恒星的核合成则是恒星很热的内部区域中的原子核发生进
一步的聚变，而爆炸性核合成主要发生在超新星爆炸的时候。

原子核　原子的中心部分，由中子和质子组成。

对的产生　高能光子产生一个电子和一个正电子的过程。这
个名词也适用于同时产生一个夸克和一个反夸克、一个质子和一
个反质子等的过程。

粒子　这是一个不太严格的名词，它既指强子（如质子和π
介子），也指更基本的实体——夸克和轻子。

光电效应　高能的紫外线光子撞击金属表面而发射出电子的
过程。

光子　光的粒子，或称光量子，是电磁辐射的一种形式。交
换光子是产生电磁力的原因。

π介子　最轻的介子。带电的π介子会衰变成一个μ子和中
微子，而电中性的π介子则衰变成两个光子。

普朗克常数（ｈ）　在海森伯测不准关系式中出现的一个基
本物理常数，它的值为ｈ＝6．626×10…34焦·秒。

正电子　电子的反粒子。

势垒　一个带正电的粒子在接近原子核时，首先会受到原子
核中质子的正电荷所产生的越来越强的静电斥力的作用。但在更
进一步深入时，它就会进入强核力的吸引区，最后核力占统治地
位，对粒子产生全面的吸引作用。因此，粒子的行为就好像是先
朝着一个堡垒走去，然后克服了这个堡垒。

概率云　泛指数学上的概率分布的一个不太严格的名词，它
说明在原子核周围的不同区域内找到一个电子的可能性有多大。

概率波　这是用来确定在给定的时间、给定的空间区域内找
到一个量子的概率的数学波的名称。

质子　组成原子核的带正电粒子，它本身由三个夸克组成。

量子　这种粒子或者是物质的基本组成部分（如夸克和轻子）
之一，或者是负责传递作用力的中介粒子（如胶子和光子）。

量子数　基本粒子所具有的性质，如重子数和轻子数等等。
在粒子间发生反应时，量子数一般应该守恒。

量子理论　我们现代认识任何非常小的物体（同原子一般大
或更小）的行为所创立的理论，有时也称为量子力学或波动力学。
它表明在描述辐射时，需要把波的行为和粒子的行为结合起来使
用：当辐射从一个地方向另一个地方运动时，要用波的行为来描
述它，而当辐射与物质相互作用，并交换能量和动量时，则要用
粒子的行为去描述它。

夸克　所有各种强子的基本组成部分，夸克有６种，或者说
有６种味，它们成对地分成３个代。

类星体　一种具有极为明亮而且强烈活动的核心的星系。类
星体是在宇宙历史的早期形成的。由于它们发出的光需要很长的
时间才能到达我们这里，所以今天观察到的类星体都在非常遥远
的地方。

放射性核衰　重原子核自发地转变成较轻粒子的过程。

红巨星　像太阳这样的恒星发展到后期所成的星体，这时它
们的体积胀大，其表面变成红色。

广义相对论　在爱因斯坦的这个理论中，万有引力在数学上
被处理成时空曲率。

狭义相对论　在爱因斯坦的这个理论中，空间和时间被结合
起来，成为四维的时空。其结果是：当所涉及的物体的速度接近
于光速时，其效应会与经典物理学所预期的效应大不相同。

时空　这是一个四维连续统，正如狭义相对论所描述，它是
由空间和时间结合而成的。

光谱　显示出电磁辐射的各个组成波长的图形。由于原子中
的电子只能具有某些特定的能量值，所以，电子在从一个能级跃
迁到另一个能级时所发出的辐射，便显示为由不连续的波长所表
征的谱线——这些波长对应于初态与未态之间的能量差。

分光镜　一种根据其组成波长来显示电磁辐射的仪器。

光速（ｃ）　光（以及所有没有质量的粒子）在真空中以
３０００００公里每秒的速度运动。按照狭义相对论，对于所有
处在匀速相对运动中的观察者来说，这个速度都是相同的（但是，
当存在着万有引力场或者光通过物质运动时，光速可以偏离上述
值）。

自旋　某些粒子所具有的内禀角动量。

对称（性）自发破缺　当物理系统朝向较低能态运动时，其
基本对称性发生破损的情形。例如，就空间中的方向而言，液态
水是对称的，但当它冷却而形成冰时，有些方向便被优先选为晶
轴的排列方向。但是，这些方向井没有什么深层的意义，因为它
们只是随机地。或者说是自发地被选定的。与此相似，人们认为
电磁力和弱力具有一种只有在高能情况下才变得比通常条件下更
为明显的对称性。

标准模型（标准理论）　正如本书所说和人们所公认的，整
个有关夸克和轻子及它们之间的作用力的理论，已被看做我们目
前对高能物理学认识得最彻底的理论。

定态宇宙理论　有一段时期很流行的一种与大爆炸理论相对
抗的宇宙理论。这个理论认为，如果在任何空间区域内有一些星
系消失，那么，在它们原来的位置上就会自发地产生新的物质。
这些新物质会聚合在一起而形成新的恒星和星系，而后者又会移
向远方而消失，这样一来，宇宙就会永远保持不变的普遍性质。
这个理论目前已面临被抛弃的危险，因为所有的证据都有利于证
明大爆炸的存在。

奇异数（Ｓ）　这个量子数说明有多少个夸克带有奇异味。

强核力　在强子间占有统治地位的作用力。例如，核子结合
成原子核就是这种力在起作用。把分子中的各个原子结合在一起
的力，是每一个原子中作用于电子与原子核之间的静电力的“泄
漏”，与此相似，现在人们把强核力看做是作用于夸克之间并使
它们组成核子的更为基本的色力的“泄漏”。

超新星　质量非常大的恒星发生爆炸性的崩解，有时这种崩
解会导致其内部核心发生坍缩而形成黑洞。

超弦　最近有一种想法认为，夸克和轻子并不像普遍设想的
那样是点状的实体，而是由一些极其细微的振动弦组成的。

超对称性　按照这种想法，传递作用力的被交换粒子（如胶
子和光子）和进行交换的粒子（如夸克和轻子），其性质和作用
并没有什么不同，而过去人们普遍认为它们是不同的。

ＳＵ（３）表象　由群论（数学中专门描述对称性的分支学
科）产生的一种特征表示法。已经发现，这种表示法与强子的分
类法等效，能分出由关系非常密切的粒子组成的八重态和十重态。
这种对称性表示法反映了强子的基本夸克结构。

对称性　由于一个圆在转动时不会发生变化，所以我们说圆
是一种对称的图形。与此相似，如果某个物理理论在进行运作时
保持不变，我们就说这个理论具有对称性。

同步回旋加速器　这种粒子加速器能同步地调整加速电力和
导向磁力的强度，使它们同被加速粒子不断变化的性质相匹配。

τ轻子　属于第三代的带电轻子。

时延　按照爱因斯坦的狭义相对论，相对于某个观察者运动
的物体（如宇宙飞船或放射性粒子），会表现得好像它的时间过
程变慢了一样。

顶数（ｔ）　这个量子数说明所出现的夸克有多少个带有顶
味。

统一理论　这种理论企图把各种不同的力解释成一个公有的
力的不同表现形式。例如，静电力和磁力只不过是电磁力的两种
不同的表现，而电磁力又同弱力结合而产生电弱力。大统一理论
则力图把电弱力和强力统一起来。人们还希望最后能达到进一步
的统一，即把万有引力也结合到这个理论中来。

价电子　原子外围被束缚得不太紧的电子，它们能局部受到
邻近原子的原子核的吸引，从而产生把数个原子束缚在一起成为
分子的结合力。

波函数（Ψ）　量子理论中用来描述粒子运动的一种数学表
式。它用于以粒子的其他属性的特定值去计算在给定的时间、给
定的空间区域内找到该粒子的可能性。

波长　在一个波列中相邻两波峰或相邻两波谷之间的距离。

Ｗ粒子和Ｚ粒子（Ｗ，Ｚ）　在强子和轻子之间传递弱力的
粒子。Ｗ粒子带有电荷，而Ｚ粒子则是电中性的。

弱力　自然界中的基本作用力之一，举例来说，它是某几种
放射性核衰变的起因，它通过Ｗ粒子和Ｚ粒子的交换而在强子和
轻子之间传递。

白矮星　像太阳这样的恒星在结束其红巨星的发展阶段之后，
它的外层就会脱落，暴露出其白热的内部核心。到一定的时候，
它便冷却，变成很冷的岩石。

调射线　波长很短的穿透性电磁辐射。

零点能　一个物理系统所能具有的最低能量。按照量子理论，
这个能量应该是有限的，即不等于零。举例来说，原子中的电子
在空间中占有一个有限的位置。对于位置的这种局部认知，排除
了精确知道电子动量的可能性（由于海森伯测不准关系式），这
就意味着我们无法认定电子的动量（因而连它的能量）精确地等
于零。