探索物理學的極限，宇宙中最小的物質是什麼？

物質最小粒子是什麼

我們所能看到的宇宙萬物都是具有內部結構的，換句話來說就是，它們都是由更小的物質構成的，那麼宇宙中最小的物質是什麼呢？

在過去的日子裡，人們一直在致力於探索物理學的極限，試圖找到這個問題的答案，剛開始的時候，人們認為原子就是宇宙中最小的物質了，但後來物理學家發現原子也是由更小的物質構成，即質子、中子和電子。

再後來，粒子對撞機出現了，簡單來講，這種機器能夠將微觀粒子加速到很高的速度（可以接近光速），然後讓它們互相碰撞，在發生碰撞之後，微觀粒子就可能會被撞碎，然後我們就可以在這些“碎片”中找到更小的物質。

憑藉著這一強大的工具，物理學家們進行了大量的粒子對撞實驗，並在實驗中發現了各式各樣的粒子，在對它們進行分類之後，就得到了一個“粒子物理標準模型”。

這些粒子看上去讓人有些眼花繚亂，但實際上我們可以將它們分成三大類，第一類粒子是“費米子”，其中包括了輕子和夸克，夸克在強相互作用力的作用下可以形成“重子”以及“介子”，而我們熟悉的質子和中子其實就屬於“重子”。

簡單來講，兩個上夸克和一個下夸克就構成了質子，而一個上夸克和兩個下夸克就構成了中子。我們知道，質子和中子就構成了原子核，原子核再加上電子（輕子中的一種）就形成了原子，由此可見，“費米子”其實就是構成物質的基本粒子。

第二類是粒子是“規範玻色子”，它們的作用是傳遞相互作用，其中膠子傳遞強相互作用力，光子傳遞電磁力，而“Z玻色子”和“W玻色子”則傳遞弱相互作用力。

看到這裡，細心的人可能已經發現了，“規範玻色子”只傳遞了四種基本力中的三種，而引力卻不在其中，那引力是透過什麼粒子傳遞的呢？

物理學家猜測，應該存在一種“引力子”，這種粒子也是一種“規範玻色子”，由它來傳遞引力。然而迄今為止，人們都沒有發現任何“引力子”存在的證據，所以這裡就空了一個位置。

第三類粒子只有一種，那就是“希格斯玻色子”，這種粒子的作用就是給其它的粒子賦予質量，我們可以簡單地理解為，“希格斯玻色子”在宇宙中無處不在，凡是能與其發生相互作用的粒子都會被賦予質量（例如夸克和電子），而不能與其發生相互作用的粒子則不具備質量（例如光子）。

總的來講，“粒子物理標準模型”中囊括了36種夸克，12種輕子以及12種“規範玻色子”，再加上“希格斯玻色子”，共計61種基本粒子。由於科技水平的限制，物理學家們目前並沒有可用的實驗方法來進行更深入的探索，而這也就意味著，它們就是目前已知的宇宙中最小的物質。

從理論上來講，這61種基本粒子應該可以再分為更小的結構，例如“弦理論”就提出，構成宇宙萬物的基本單元應該是一種尺寸極為微小的“弦”，該理論認為，“弦”可以是開放的“開弦”，也可以是閉合的“閉弦”，它們不同的振動（或運動）就產生了各式各樣的基本粒子。

根據“弦理論”的描述，“弦”的尺寸可以小到普朗克長度，約為1。62 x 10^（-35）米，我們不妨將其與原子的尺寸來做一個比較。

宇宙中最簡單的原子就是氫原子，一個處於基態（最低能級）的氫原子的半徑約為0。528 x 10^（-10）米，也就是說，如果我們把一個半徑為普朗克長度的物體放大到氫原子那麼大，其半徑就會放大5。28 x 10^24倍，這是什麼概念呢？

已知乒乓球的標準半徑為20毫米，如果按照同樣比例的放大的話，那麼一個乒乓球的半徑會被放大到大約1116。2萬光年，其半徑將會比我們銀河系所處的“本星系群”的直徑還要大。

（圖為“本星系群”，它由銀河系、仙女座星系等50個星系組成，直徑約為1000萬光年）

由此我們可以清楚地看到“弦”到底有多小，那麼還有沒有比“弦”更小的物質呢？很抱歉，普朗克長度是物理學意義上最小的距離單位，這已經達到了物理學的極限。因此可以說，如果“弦理論”成立的話，宇宙中最小的物質就是“弦”，而從物理學的角度來講，再去討論比“弦”更小的物質是沒有意義的。