費公尺子和玻色子哪個多？

1樓：Kevin Wayne

我們知道，自然界的物質形態有很多種。譬如說實物、場、暗物質、暗能量等。其中，暗物質、暗能量佔據了整個宇宙的約 96%。

我們日常所提到的物質，嚴格地講應該叫實物――即由原子、分子構成的物質。場是傳遞相互作用的物質，譬如引力場、電場、磁場等。

之所以將它們統稱為「物質」，是因為它們都能相互傳遞能量和動量。這是判斷乙個物理實體能否歸為物質的主要依據。

假設沒有場的話，要想解釋這個世界的性質，就不可避免地涉及超距作用。顯然，這是違背因果律的。根據狹義相對論，能量/資訊傳播的速度不可能超過光速。

具體地講：假如電場不存在，則兩個電荷之間的相互作用就是瞬時的，進而違背因果律。此外，相互作用的本質，就是物質之間能量、動量轉移的過程。能量的轉移需要時間，它是乙個連續的過程。

下面，我們從乙個生活中的案例說起：你每天清晨起來，睜開眼看到的就是一系列物體――牙刷，牙膏，漱口杯、水等等。這些物體都是由自旋為半奇數（波函式交換反對稱）的費公尺子――電子、質子、中子構成的，它們就是構成原子的基本粒子。

而當你舉起牙刷，讓它在你口中上下運動的時候，你手指表面的原子與牙刷表面的原子緊密接觸會產生分子斥力，也即電磁相互作用力，這個力將改變牙刷的運動狀態。而力是由自旋為整數（波函式交換對稱）的規範玻色子（光子）與物質粒子（電子）相互作用的巨集觀表現。光子充當了傳遞分子間電磁相互作用的媒介。

生活中，你也會注意到你自己和你身邊的物體都很穩定，不像電燈泡在開啟時發光，熄滅時卻不亮了。這是因為構成物體的費公尺子之間服從泡利不相容原理，它們相互之間保持著適當的平均距離，因而十分穩固不會塌陷。當然，這也是元素週期表存在的原因。

與費公尺子相對的玻色子，如構成光的基本粒子――光子，卻能連綿不斷地布滿所有能夠佔據的空間（靜質量為 0），並可以在燈泡發光時大量產生，原因是光子數在相互作用的過程中（準確地說是拉向量中存在導致光子數不守恆的項）不是守恆的，而費公尺子數目卻是守恆的，因此其表現得並沒有費公尺子那麼穩定。

結論：由於費公尺子數目守恆，因此目前宇宙中原子的總數也基本守恆（≈ 10^80）。而玻色子數目可以不守恆，在與實物粒子相互作用過程中可以大量產生或湮滅。

因此宇宙中費公尺子與玻色子的總數目沒有可比性。