前幾天，后臺有個(gè)小哥問(wèn)我：粒子，分子，原子，量子，玻色子，費米子，質(zhì)子、中子、電子簡(jiǎn)單解釋一下。所以，今天我們就聊一聊各種“xx子”到底是什么意思？

統稱(chēng)

其實(shí)，最好理解的是：粒子。它不特指某一類(lèi)，而是一個(gè)統稱(chēng)，也就是無(wú)論是玻色子、費米子、原子、中子、質(zhì)子、電子都統稱(chēng)為粒子。話(huà)說(shuō)，我們上初高中都要背元素周期表，那上面就是元素的圖譜。實(shí)際上，不光元素有，粒子也有，科學(xué)家在上世紀為各種“xx子”構建了一張粒子周期表，我們稱(chēng)其為粒子物理標準模型。

發(fā)現了吧？這里就用到粒子“統稱(chēng)”的概念。因此，關(guān)于粒子，你只需要記住它是一個(gè)“統稱(chēng)”即可。

量子

量子是這些物理概念中最難理解的，我認為它代表著(zhù)一種世界觀(guān)。我們要先從經(jīng)典物理學(xué)說(shuō)起，牛頓世界觀(guān)下的物理學(xué)認為，

物理變化是連續的。

這該如何理解呢？就拿自由落體來(lái)說(shuō)，從5米掉下去一個(gè)物體，一般我們認為，整個(gè)過(guò)程是連續的，但是普朗克就提出，這種變化不是連續的，而是變化本身也有最小的變化單位。比如：最小單位是0.5米，那物體下落過(guò)程中，就應該是從5米到4.5米，然后4米……這里為了方便做了粗暴的處理，實(shí)際上這個(gè)最小的變化單位是極其小的。

咱們就說(shuō)時(shí)間變化的最小單位，也就是普朗克時(shí)間，這個(gè)時(shí)間間隔只有：10^-43秒。而最小可測的距離，被稱(chēng)為普朗克長(cháng)度是 1.6x10^（-35）米。

普朗克在研究黑體輻射時(shí)，如果假設能量的變化是連續的，那理論就和現實(shí)是不相符的，只有假設輻射能量變化是不連續的，存在能量的最小單位：量子，能量的變化只能去量子的整數倍。

所以，我們可以認為，最早“量子”對于能量變化的概念，就類(lèi)似于“原子”對于物質(zhì)的概念。

這種全新的世界觀(guān)徹底改變了物理學(xué)的發(fā)展方向，20世紀初的物理學(xué)大神們都投入到相關(guān)研究當中，最終構建的物理學(xué)大廈。

分子

其實(shí)分子和原子的關(guān)系就很簡(jiǎn)單了，分子是構成物質(zhì)的粒子，一般是由兩個(gè)或者更多的原子一起構成的，而連接原子之間的是化學(xué)鍵，，所以，我們可以認為分子是保持化學(xué)性質(zhì)的基本單位。當然同樣是化學(xué)鍵，也有不同，不過(guò)由于我們主要講“粒子”，所以就不過(guò)多贅述了。

尋找基本粒子

事實(shí)上，最早無(wú)論是粒子還是原子，都是學(xué)者們在尋找構成物質(zhì)的最小單位。只不過(guò)，隨著(zhù)科學(xué)的一步步深入，學(xué)者們發(fā)現自己太單純了，世界比自己想象中的還要瘋狂。先是有人發(fā)現了比原子還要小的電子，進(jìn)而科學(xué)家盧瑟福直接轟擊原子，探明了其中存在一個(gè)遠比原子要小得多的原子核。

其實(shí)這也掀起來(lái)原子模型之爭，經(jīng)歷了多代物理學(xué)家，出現了多種原子模型，最后海森堡一錘定音。如今的原子模型是這樣的，有個(gè)原子核，特別特別小，如果原子有足球場(chǎng)那么大，那原子核應該只有螞蟻的大小，不過(guò)原子的質(zhì)量都在原子核的上面，電子在原子核外呈現概率云的排布。

通過(guò)撬開(kāi)原子，科學(xué)家們搞清楚了原子模型。于是，他們開(kāi)始要撬開(kāi)原子核，通類(lèi)似的辦法，他們發(fā)現了質(zhì)子和中子。于是，他們就在想，質(zhì)子和中子到底可不可再分？

于是，又用類(lèi)似的辦法，他們打算轟開(kāi)質(zhì)子，看看質(zhì)子里面還有什么？

結果，他們沒(méi)能轟開(kāi)，并不是說(shuō)質(zhì)子就是最小的粒子，因為他們發(fā)現，轟擊質(zhì)子時(shí)，會(huì )出現三個(gè)散射角度，這說(shuō)明質(zhì)子內部還存在三個(gè)粒子，它們構成了質(zhì)子，科學(xué)家給這種粒子取名為：夸克。所以原子到原子核再到質(zhì)子、中子，最后到夸克其實(shí)是不斷做切分的過(guò)程，而切到夸克，科學(xué)家就切不動(dòng)了。所以，基本粒子當中就有夸克。

除了夸克之外，電子、μ子、τ子以及電子中微子、μ子中微子、τ子中微子都是沒(méi)有辦法繼續再分的基本粒子，也被稱(chēng)為輕子。因此，這些基本粒子被我們稱(chēng)為費米子。

所以，費米子是構成物質(zhì)的基本粒子的統稱(chēng)。

傳遞相互作用

但是只有費米子是構不成物質(zhì)的，必須有東西把費米子裝配起來(lái)才能構成物質(zhì)。說(shuō)白了，我們還需要費米子之間能夠相互作用，而傳遞這個(gè)相互作用的粒子的統稱(chēng)就叫做：玻色子。

在自然界存在四大作用力，分別是引力、強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用。

目前，還沒(méi)有找到傳遞引力的玻色子，（補充一句，引力子理論誤差巨大，并且沒(méi)有找到引力子，這并不是主流理論。）至于強相互作用，弱相互作用，電磁相互作用都有相應的玻色子來(lái)傳遞作用，具體來(lái)說(shuō)是這樣的：

• 強相互作用：膠子和介子
• 弱相互作用：W玻色子和Z玻色子
• 電磁相互作用：光子

（PS：由于介子并不屬于基本粒子，所以并沒(méi)有被納入到粒子物理標準模型當中。）

關(guān)于這些粒子的質(zhì)量，是由希格斯玻色子賦予的，這也被稱(chēng)為希格斯機制，希格斯玻色子也就是粒子物理標準模型最后一塊拼圖，有了它就有之前我們說(shuō)到的粒子物理標準模型了。

而以上這些粒子，并不是隨便編出來(lái)的?？茖W(xué)家在上個(gè)世紀以及本世紀初，通過(guò)大型粒子對撞機都找到了它存在的證據。

最后，我們來(lái)總結一下，費米子是構成物質(zhì)的基本粒子，而傳遞作用的是玻色子。下圖中就是費米子和玻色子之間的關(guān)系圖，矩形框內的就是費米子，而橢圓內的就是玻色子。

關(guān)于各種粒子的內容大概就是這么多，這期信息量很大，我們再來(lái)簡(jiǎn)單的總結一下，

• 粒子是所有微觀(guān)粒子的總稱(chēng)，不特指某種粒子
• 粒子還能分為費米子和玻色子，前者是構成物質(zhì)的最小單位，后者是傳輸相互作用的。
• 費米子中分為夸克和輕子。
• 玻色子中分為規范玻色子和標量玻色子，規范玻色子有傳遞強相互作用的膠子，傳遞弱相互作用的W玻色子和Z玻色子，傳遞電磁力的光子；標量玻色子目前只有希格斯玻色子，是用來(lái)賦予粒子質(zhì)量的。
• 量子指的是能量的最小單位，能量變化只能取量子的整數倍。因此，能量的變化并不是連續的，量子顛覆了經(jīng)典物理學(xué)中“變化是連續的”觀(guān)念。