电子的本质是什么?它还可以再分么?

构成万物的最小单位

关于“本质”这类终极问题,其实可以没完没了地问下去,所以本质问题可能本身就无解的。因此,咱们就说到目前为止的科学理论,对于“电子的本质”的看法,不在哲学层面上做过分的分析和揣测。

最早问本质问题的人是泰勒斯,他曾说:万物的本源是水。

也就此打开了西方哲学的大门。在西方哲学当中,有一个流派研究万物本源的角度就是去找最小的构成单位。泰勒斯认为是:水,还有的人认为是:火。最后,硬是凑出了水火土气和以太。

但是,被我们记得最深的其实是德谟克利特,他认为世界是由原子和虚空构成的。当然,他更多的是从哲学层面去思考的。他的原子其实和我们现在所说的原子是两码事。

不过,这些探讨至少提供了一条思路,那就是想要知道万物的本源,我们可以从“构成万物的最小单位”入手。

粒子物理标准模型

到了18,19世纪,科学家才奠定了以原子为基础的研究范式,但是随着观测技术的发展,科学家发现,原子是可以再分的,原子里有电子和原子核。而对应的原子模型经历许多代的科学家才得以确立。

后来,科学家撞开了原子核,发现原子核内还有质子和中子,于是,他们又试图去撞开质子和中子,可是这一次他们失败了,但是他们发现撞击质子时会有三个散射角度。所以,至少可以确定的是质子还可以再分,内部的粒子被我们叫做夸克。至于是能量不够撞不开,还是某些机制的问题,我们就暂且不提了。

截止于目前,科学家发现,原子根本不配做最小单位,它的内部还有电子和原子核,原子核内部还有质子和中子,然后再往下还有夸克。但你以为这是终点,事实上这确实一个起点。

自打人类搞出了粒子对撞机,就通过粒子对撞机发现了大量的粒子,加起来差不多有100多种。所以,科学家也蒙了,总不能这100多种都是基本粒子吧?

后来,随着理论物理学的发展,加上实验物理学勤勤恳恳地不断迭代实验仪器,最终,他们建立起了一套理论,这套理论是建立在狭义相对论和量子力学的基础之上的,利用“场”和“粒子”的模型取代“力”来解释物质之间的作用,我们也管这个叫做粒子物理标准模型。

这套理论大概可以这么去理解,他们认为,宇宙中存在两种粒子,一种粒子被叫做费米子,这些粒子就是科学家在找的那些不可再分的粒子,也就是构成物质的最小单位,还有一种粒子叫做规范玻色子,这种粒子是物质的粘合剂,把基本粒子连接起来构成物质。其中光子传递电磁相互作用,W和Z玻色子传递弱相互作用,胶子和介子传递强相互作用。至于引力,一直也没有办统一进这套理论。而强相互作用是保证能够构成原子核,而弱力则是保证了电子不会进入到原子核内,保证了原子核的结构稳定。电磁力则保证了原子的结构。

说了这么多,那电子呢?

上图就已经说明了电子的位置,电子属于费米子,也就是,在粒子物理标准模型当中,电子是不可再分的粒子,质量约为0.511 MeV/c^2,带电量为-1,自旋为1/2。既然电子是不可再分的,也就不存在说电子是由什么构成的问题了。

最后,我们来总结一下,为了解决万物的本源问题,学者们历经了2000多年,最终在狭义相对论和量子力学的基础上建立了粒子物理标准模型,在这套理论当中有存在两类粒子,一类叫做费米子,它是构成粒子的最小组成单位,一类叫做玻色子,它是用来传递相互作用(也就是我们通常意义上的“力”),是物质的粘合剂。而电子属于费米子,是不可再分的,也就不存在是有什么构成的说法。当然,以上这些看法是基于现在的物理学理论