11、四大基本力齐了，汤川秀树预言新粒子介子在线免费阅读

1932年这个不平凡的一年啊，自从1932年人们发现了中子之后，就越来越发现原子核实际上就是由带正电的质子和不带电的中子组成的，然后在原子核的外围，围绕着电子，这就是我们熟悉的原子模型，那之前聊到的那个问题啊，就原子核里边儿没有电子，那它怎么会放出的射线呢？费米给出了一个解释啊，叫做贝塔衰变理论，这个理论也得到了证实啊，说贝塔粒子就是高能电子束，他就是原子核衰变产生的，什么力量能够使这个原子核衰变呢？费米说是一种新的力量，叫做弱力。那到这儿为止啊，这个问题似乎也得到了很好的解决，不过新的问题很快就来了啊，还是一个很头疼的问题。你说是什么力量啊？能够使这个质子和中子他都老老实实的就在这个原子核里边儿待着呢，哎，他俩怎么不像电子一样说慢街跑呢？能是电磁力吗？哎，你看啊，我们熟悉的电磁力有一个特点，同性相斥，异性相吸，对吧？那比如说氦原子核有两个质子，两个中子啊，那他们个挤在多大一个区域。咱们之前抽象的说过原子核的体积只有原子体积的千亿分之一，举个例子，比如说这原子核就是这个瓶盖儿，那原子的大小大概就是以他为球心，以30m为半径画一个球体那么大。那你看质子和中子啊，他就挤在瓶盖儿，就这么大小的位置，剩下的地方那都是人家电子的，这就奇怪了，质子带正电，中子不带电，他俩之间呢显然不感冒啊，那不过质子和质子之间的电子利可是同性相斥的呀，哎，这就看出来了，肯定不是电磁力呀，氦核才只有两个质子，那比较重的原子核有的有一百多个质子啊。他们也能够挤在这个原子核里边儿，那要是电磁力的话，早都相互弹开了呀，嗯，所以不是电磁力，那引力呢也不能是引力，质子和中子受到的力啊，有一个特点，就是这个力只在原子核范围内有效，也就是10的负15次方米内有效出了原子核就立刻消失，比如说你轰击质子，你只要没把这个质子轰击出这个原子核以外它就出不去啊，你只要把质子轰出原子核一丢丢，那这个力立马就没了，质子就可以高速的逃脱了，说白了啊，这个位置力是一个短程力，你就像是有一层隐形的胶水一样。而我们熟悉的这个引力和电磁力，那都是长程力啊，看来这又是一种没见过的力量，所以当时的物理学家啊就把这个力给起了一个名儿叫做核力，也叫做强相互作用，于是很多人就都投入到这个核力的研究当中啊，不过均以失败告终。讲到这儿，咱们本期故事的主人公就要出场了，是一位来自日本的物理学家，叫做汤川秀树。其实在那个年代啊，东方人不太被看好，这也是多方面原因决定的啊，这个汤川秀树的老师叫做长岗半太郎，也算是早期日本的物理学界的领军人物，中国文化对他影响很大啊，他当年就说过，说凭啥说东方人不如欧洲人啊，哎，你看早些年的时候，那中国经常领先欧洲啊，这就说明东方人是有这个实力的。所以我就要励志成为一个优秀的物理学家。长冈半太郎最后虽然没有获得诺奖，不过他在1904年的时候曾经提出过一种原子模型啊，叫做土星环模型，就是说电子它只能在一个固定的环上运行，原子那整体看起来就像是一个土星一样带着一个环。所以他的这种模型就被人们称作是土星环模型。这是1904年的时候提出的啊，注意哦，这个时间可是要比卢瑟福的行星模型还要早啊，所以也有人认为长冈半太郎的这个模型是卢瑟福模型的前身。那咱们接着说汤川秀树，

汤川是1907年出生在日本东京，也算是书香门第。他父亲呢曾经是一个地理老师，所以小的时候学习成绩还是很好的啊，1922年的10月份发生了一件小事儿，但是至少改变了两个人的命运。也就是1922年爱因斯坦受到日本的一位出版商的邀请，对日本进行为期六周的访问。当时的爱因斯坦已经是大明星了，而广义相对论得到了初步的证实，这就是物理学界的泰斗级人物啊。所以根据这个史料的记载啊，那当年爱因斯坦在日本的访问，那就是凯旋式的游行啊，这种壮观的场面就对两个十五六岁的孩子产生了深远的影响。其中一位就是咱们故事的主人公汤川秀树，另一位呢叫做朝永振一郎，这位是量子电动力学的奠基人之一啊，

1965年的诺奖得主。爱因斯坦离开后的一年，也就是1923年啊，呃，这二位同时考入了日本京都三中学习，成为了同学啊，当年汤川是16岁，朝永振一郎是17岁，1923年的时候啊，日本的教育也不是很给力。那日本全国的高中总共还不到十个，所以那能上高中学习的孩子都是励志要好好学习的人。1926年这二位同时考入了京都大学，就是当年爱因斯坦巨星演讲的地方。大学毕业以后，汤川选择留校担任助教啊，1932年啊，就这个奇迹之年。汤川正京读大学担任讲师讲啥呢？讲量子力学啊，当时的量子力学本身就是前沿科学呀，刚出来没多久就没人会，那之前的课都是邀请这个海森堡啊，狄拉克啊，索末菲他们都去日本讲过学。你现在一看就汤川学的还行，哎，所以就让汤川来讲，不过他的学生啊对于他授课的这个评价就不是很高。说汤川老师讲课就只会对着那个狄拉克的教材照本宣科，你那自己对着黑板从来都不看我们。当然啊，嗯，汤川在讲课的同时，人家也没忘了搞科研。1932。汤川就在想核力的这个事，他是怎么考虑的呢？他对比了一下电磁力啊，当时的电磁力呀，人们有了一种新的认识，海森堡最早给出了一个交换力的概念，我简单和大家说说是咋回事儿啊，你看啊，我们正常理解引力和电磁力，其实我们只是默认承认了有这个力。你比如说引力啊，两个大质量的星球啊，它可以相互吸引，为啥呢？因为具有万有引力，可是你细想啊。这并不是本质的原因呢。就是为什么会具有外有引力呢？哎，其实这个问题呀到现在也没没有彻底的解决啊，就是牛顿它只是总结了一个现象，并且呢屡试不爽，哎，所以就有了引力定律嘛，电磁力也是一样。那同性相斥，异性相吸，这背后的原因是啥呢？我们也不知道这电磁力具体产生的原因啊，反正知道有这个力，还有公式我能计算。但是量子力学出来以后啊，人们貌似找到了一个原因。就是量子场论当中啊，量子电动力学的基本假设，在量子电动力学当中认为电子力是通过交换光子来实现力的相互作用的，准确的说是虚光子啊，你还看不到，举个例子，就比如说啊只有两个质子。嗯，他俩都带正电，那为什么会相互排斥呢？哎，就相当于注意啊，是相当于呃这个质子他就发了一个光子去打，他这个质子也发了一个光子去打他，哎，他俩就这么来回打，所以就越来越远，当然啊，就大家比较较真儿。这种方式只是处理问题的一种手段，主要就是因为在量子力学当中啊粒子是具有全能性的。这个说来就话长了，反正你只要知道有这么回事儿就行了，就电磁力就是靠光子来传递相互作用呢。那引力呢就是靠引力子啊，不过引力子到现在也没有发现啊，还是未解之谜，弱力是靠什么粒子传递的呢？是靠w粒子和z粒子,这个问题咱们下几期应该会聊到那.汤川就根据这个电磁力一类比，那强力也应该是通过一种粒子来传递相互作用的呀，什么粒子呢？他最开始就假设说有可能是电子啊，呃，强相互作用就是通过交换电子发生的相互作用力，不过很快啊就受到一个人的批评，这个人就是仁科方雄，咱们之前在聊这个克莱因仁科方程的时候啊，提到过，仁科芳雄曾经是在哥本哈根待过啊，他也算是接受过波尔他们正规的量子力学训练的人，所以他一看就说你这个理论肯定不行啊。电子的质量太轻了，如果核力是交换电子，那不可能有那么强劲，这汤川就回去接着想。那能是啥粒子呢？哎，到了1934年啊，他看到了费米的一篇文章叫做试论贝特射线理论，这就是咱们之前说的贝塔衰变理论啊，而且他还把泡利预言的中微子给加进去了，汤川看完了之后那就提壶灌顶啊，一排大腿，我为啥非要在已知粒子当中找？我怎么就没有这个勇气说也预言一个新粒子呢？于是就赶紧拿起笔大概测算了一下这个粒子，如果想要达到核力这么大的力啊。那作为交换的这个粒子，它的质量就应该大约是电子的静止质量的两百倍左右。妥了，一看这个质量肯定是新粒子啊，因为当时已知的粒子当中没有这个质量的。质子的质量是电子的1800倍左右啊，可是你如果真的存在这个粒子，为啥还没被发现呢？哎，汤川说因为他的寿命特别短，只有10的负7次方秒左右。汤川当时给他自己预言的这个粒子子起了个名叫做重量子，后来是印度的物理学家巴巴，他说重量子这也不具备代表性啊。你看你这个粒子啊，它的质量介于电子和质子之间，那就叫介子吧，介子可以带电，可以不带电啊，因此汤川大致估算了一下，介子应该有三种。就这样1935年，在这个预言新粒子不太被看好的年代，又一个新粒子被预言了，这也是物理学的奇迹啊，第一次降落在日本岛国上。1949年汤川秀树因此获得了诺贝尔物理学奖，摘得日本的第一块儿诺贝尔物理学奖牌。好，那咱们下期就来看一看，是谁发现了这个介子呢？下期见，拜拜。

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