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| 2007/02/13 10:31:09瀏覽2320｜回應1｜推薦2 | |
小七: 前天我們小學同學會, 那個漂亮的女同學問我:「電子有沒有半徑？」 哇, 那麼浪漫的場合, 卻談那麼嚴肅的事情, 這是身為科學家的宿命嗎? 硬板凳: 沒那麼悲哀吧, 你看爆炸頭的生活多愜意呀! 爆炸頭: 別拿我窮開心. 對了, 你怎麼回答那個女同學? 小七: 關於電子有沒有半徑？這個問題其實相當深奧, 在物理理論發展上, 屬於根本問題, 各個理論各有說詞. 我們從歷史發展來看, 可以說從有半徑→沒有半徑→有半徑. 到目前, 大致接受電子擁有固有空間範圍的說法. 下面, 我們提提三個階段的理論說法. 在古典電子論(20世紀初)裡, 把電子視為球狀電荷分佈, 這是先驗假說. 計算電子的電磁質量時, 除去一個與電荷分佈有關的數量級為 1 的因數後, me約等於 e2/r 但是從量子論的德布洛依物質波(這是先驗假說)來看，電子的Compton波長λe=h/mec 數值為2.426*10 在量子場論的標準模型中, 是採用電子為點粒子的觀點(這是先驗假說). 也就是電子不具空間範圍，沒有長寬厚, 否則理論上很難處理. 由此建立起整個幾近完美的標準模型. 不過, 對於電子是點粒子或塊狀粒子, 在許多細節處, 避重就輕, 含混其詞. 比方說在古典電子論裡, 一直無法解決的電荷為何能聚集在電子上而不潰散? 標準模型是如此說, 電子是基本粒子, 擁有的電量是單位電量, 不可分解. 它就是一個整數包裹. 但在夸克出現1/3電量後, 這個單位電量不可分解說, 自行瓦解. 再來就是電子的自旋, 「電子如果沒有半徑, 就沒有自旋.」 量子學家如此解釋: 這模型觀點是古典的, 是巨觀世界的. 在標準模型中, 自旋和電量一樣, 被視為電子的內稟性質. 霸道的說, 它就是這樣. 量子力學裡, 自旋是在微觀特殊意義下的旋轉運動, 與巨觀的常識模型有很大差異. 至於測不準原理造成的影響, 只表示電子空間測量的精度. ΔX或物質波長λe 並不足以宣稱是電子半徑. 因為,當電子加速時, 能量會增加, me會增加, 波長不斷縮小. 也就是說, 如果以λe為電子半徑, 當電子速度愈快, 質能愈大, 半徑就愈小. 速度趨近光速, 半徑是沒有最小極限. 但是對於點粒子而言，所發射虛光子的波長下限應當為0, 虛光子可以具有任意大的動量，這造成許多發散的困難, 困擾著物理學界幾十年... 點粒子說, 最大的困難在於與廣義相對論的衝突. 20世紀後葉提出超弦理論, 主張所有的粒子皆由微小弦振動產生(這是先驗假說). 弦的平均長度等於普郎克長度1.616*10 爆炸頭: 看樣子, 這還真是你的宿命. |
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