引言

你還記得吧，在我們每個人小時候，寒冷的冬季，我們和爸爸媽媽圍坐在火爐旁邊，聽他們講述著"永遠也切不完蛋糕的故事"。故事的結局就是無論你切多少刀，只要是平分切割，手裡的蛋糕是永遠也切不完的。

長大以後我們意識到，客觀世界的物質確實是難以分割完的。我們都知道人是由細胞組成的，而細胞是有一個個原子組成的。古希臘哲學家和近代科學家們都以為原子是世界上最小的物質了，是無論如何也不能分割的。然而，隨著現代物理學的發展，人們使用大型粒子對撞機，這個"顯微手術刀"，將原子也進行了神奇的"切割"，人們發現了電子和原子核，隨後又切割了原子核發現了組成原子核的質子和中子（被稱之為強子）。切到這裡，科學家們欣慰地認為應該找到神秘宇宙的基本粒子了。

然而，對質子和中子的研究過程中，人們有發現了目前最為微小的粒子——夸克。今天故事的主人公就是構成物質的基本單元"夸克"。

夸克的前世今生

探究宇宙的本質，尋找客觀世界的基本粒子，一直是科學家們的執著夢想。自古帶哲學家到現在的物理學家、天體物理學家和宇宙學家們，都在孜孜不倦地觀測和探索者。大自然總不會讓我們失望，卻總會遮遮掩掩不告訴我們事實的真相。夸克的發現和命名就是這麼神奇和令人激動。

19世紀末期，居里夫人用"手術刀"打開了原子的大門，證明了原子不是物質最新的粒子單位。隨後，很多科學家奮起鑽研很快發現了電子和質子。在1932年，中國人還在艱苦抗擊日寇侵略的時候，物理學家詹姆斯·查德威克幸運地發現了中子。他認為中子可能是最下的粒子，然而隨著粒子加速器的發明和發展，人們有機會試用更為精細的"手術刀"，來繼續嘗試物質切割故事了，因此，夸克正式登上物理世界的"舞臺"。

夸克是物理學家蓋爾曼根據詹姆斯·喬伊斯的小說《芬尼根的守靈夜》中句子："向麥克老人三呼夸克"，因此這類神奇的粒子就有名字了。夸克的英文名為"quark", 它是參與強相互作用的基本粒子，也是宇宙萬物的基本構成單元，姑且這麼認為吧，或許過幾年，還會發現更小的粒子。夸克是一類微粒的總稱，有的科學家最初稱之為"層子"，這些夸克們相互作用，或者在某種力的作用下結合從而形成"強子"。強子也是一類粒子的總稱，其中最為穩定和著名的粒子是質子和中子。

詹姆斯·喬伊斯

不能獨善其身的夸克

夸克是微觀世界中最為"孤獨"的一類粒子，因為它從來就不能單獨被分離出來，或者被人類直接觀察到，人們只能在強子裡面找到它，或者間接證明它是存在的，人們稱這種現象為"夸克緊閉現象"。儘管目前認為夸克是構成物質的基本單位，但是可憐的夸克卻不能"獨善其身"，也不能正大光明地出現在人們面前。

目前，物理學家發現夸克家族成員總共有6味，分別是上（u）、下（d）、奇（s）、粲（c）、底（b）及頂（t）等，不同味的夸克在弱相互作用力的誘導下可以轉化為其他夸克。

夸克家族成員

研究夸克的價值

人們為什麼要研究物質的基本粒子呢？為什麼千方百計的要用手術刀切割這些粒子呢？夸克家族的發現，尤其是頂夸克的發現，對於科學家理解宇宙大爆炸以及瞭解大爆炸發生的瞬間是如何演化的。因為在宇宙大爆炸的一瞬間（-12秒~10秒）產生的高熱會產生大量的夸克，其中頂夸克居多，不過很快這些夸克就湮滅了，或者形成強子，飛向宇宙空間。

有科學家研究顯示，很多恆星在演化的末期可能會變成"夸克星"，換句話說，在恆星由於自身質量不斷坍縮的時候，會將夸克擠壓出來，或者不斷將夸克擠壓出來，最終類似太陽大小的恆星，會坍縮為直徑7-8公里的"夸克星"，雖然很小，但是依然光芒萬丈。

夸克

研究夸克，或者說證實夸克的存在，是有助於科學家更好地理解宇宙，理解我們身處的世界是否是客觀的，是否真實的存在。

關於夸克的幾個神奇現象

不攜帶整數倍電荷

夸克是目前已知唯一一種基本電荷為非整數的粒子，也因此很多物理學家認為夸克只是碰巧符合了理論觀測結果，它們是否存在呢？不一定。

自由旋轉

夸克就行星系中的天體一樣可以圍繞一箇中軸自轉，科學家稱之為"自旋現象"。但是科學家基本認為夸克是"點粒子"，如果有自旋現象的話，就自相矛盾了，這個比喻還是不太合適的。不同味夸克也是根據電荷和自旋現象進行命名和區分的。

弱相互作用

夸克和反夸克之間，通過弱相互作用力進行轉化和衰變，這種神奇的現象說明，宇宙間達到恆星和黑洞，小到夸克這些粒子都有著基本的生生滅滅規則。

可能設定宇宙的命運

如果在所有已知粒子中，頂夸克的質量比人們預期的重，則可能預示著宇宙將在未來的100億年內逐漸消失。如果頂夸克比預期的輕，那麼宇宙空間中攜帶的能量可能會崩潰，人類將會有滅頂之災，換句話說就是被所謂的"玻爾茲曼大腦"所主宰。通俗的說，宇宙中所有的智能思想都可能為沒有實體的大腦，我們擁有一套完整的記憶，但是這些記憶缺失混亂的隨機產生的。人類的餓進化也就是一種混亂無序中出現的有秩序，每個人的思想都不可信，或者說不客觀。我們的世界觀和科學大廈就坍塌。

結語

對宇宙中物質的基本粒子的研究是一個有趣而又危險的工作，有科學家就警告說不要試圖去創造某種粒子，這種行為可能會導致宇宙末日或人類文明的末日。比如，劉慈欣在科幻小說《微觀盡頭》中提到的。

宇宙探索和微觀粒子分離研究征途中都充滿了人類探究物質本源的決心和信心，我們也最終將在這個探索過程中勇往直前。