原子是可分的

整个19世纪，原子一直被看作物质存在的最基本的实体。它被认为是稳定且不可分割的。然而，19世纪最后几年间得到的两个经典实验结果证明了这种观点是错误的。

第一项证据来自法国物理学家亨利·贝可勒尔（Henri Becquerel）。1896年，贝可勒尔事先用遮光纸裹住了感光板并在感光板与铀矿石之间放置了一张金属片，结果感光板在铀矿石的辐射下显现出雾蒙蒙的影像。贝可勒尔意外发现了放射性（radioactivity），这是一种原子自发衰变并在衰变（decay）过程中释放其他粒子的现象。令感光板显像的正是这些新的粒子。要注意的是，“衰变”一词在物理学中并没有负面含义，它只是意味着一个不稳定的系统转变为另一个能量较低、更加稳定的系统。

放射性存在三种不同的类型，其中一种是由弱相互作用引起的β衰变，也是本书目前为止出现的第三种基本相互作用。β衰变中的弱相互作用内秉强度介于引力和电磁力之间，通常是电磁力的千分之一。尽管我们无法在日常生活中直接感受到弱相互作用的效应，但是它控制着太阳内部氢消耗的速率，从而决定着有多少热量和光线到达地球。弱相互作用限制着地球可以维持生命存续的时长。

β衰变中会释放被称为“中微子”（neutrino）的粒子。中微子不带电，仅通过弱相互作用和引力与物质发生相互作用，因此能够不受阻碍地穿行数百万千米，这使得它极难被探测到。早在1930年，科学家就在理论上预言了中微子的存在，但25年后这一预言才得到确认。证实中微子具有质量又花费了50年：其质量即使在粒子质量的尺度上也极其微小。我们至今仍未确定中微子质量的精确值，物理学家预测它的质量不到最轻的原子质量的十亿分之一。

部分中微子是大爆炸的残留物，另一些则是在超新星爆发中产生的，不过在地球上探测到的绝大多数中微子都来自太阳的热核反应。每秒约有10 ¹³ ～10 ¹⁴ 个来自太阳的中微子穿过我们的身体，这些中微子几乎不发生相互作用，也不会对我们造成伤害。地壳中的放射性岩石所释放的中微子数量要少得多。我们自己体内微量放射性原子的衰变也会释放数千个中微子。

一些不稳定原子衰变成其他原子时也会发出伽马射线。伽马射线是电磁辐射谱的一部分，是传播电磁能量的波。英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）预言了电磁辐射的存在，他于19世纪构建出一个可以同时描述电和磁的统一理论。可见光、X射线、无线电波和微波是我们最熟悉的几种电磁辐射形式。表面上，这些不同类型的辐射差别很大。它们具有不同的物理性质：我们能够看到可见光，但X射线则可能会令我们的视力受损。这是由两者不同的波长和能量决定的。不过，看似五花八门的电磁辐射全都是由光子（photon）这种零质量、不带电的粒子形成的。我们的宇宙沐浴在近乎均匀的低能微波背景辐射中，这也是宇宙诞生之初发生的爆炸的余晖。这一发现为大爆炸理论提供了有力的证据。

第二项证据来自英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊（J. J. Thomson）进行的有关阴极射线的研究。将密封玻璃管内的大部分空气抽出，再给管的两个端子接上较高的电压，就能观察到阴极射线。你也许记得，在液晶显示器和平板电视发明前，阴极射线技术曾被用在电视机上。显像管中，阴极发射的电子被导向一块玻璃屏，屏上镀着的化学物质在受到辐射时会产生彩色的光，呈现出观看者所见的图像。汤姆逊对阴极射线管进行的其中一个实验显示，辐射由带一个负电荷的粒子——电子（electron）形成。在测量电子的质量时，汤姆逊发现它小得惊人：大约2 000个电子的质量才与一个氢原子相当。如今，人们普遍认为，汤姆逊发现电子标志着粒子物理学的开端。

后来的实验证实，电子还有两个重得多的“姊妹粒子”：质量分别约为电子的200倍及3 500倍的μ子（渺子）和τ子（陶子）。电子、μ子、τ子和中微子一同构成了名为轻子（lepton）的粒子家族。“leptons”意为“纤细”，源自希腊语。与电子不同，μ子和τ子并不稳定，会通过弱相互作用自发衰变。μ子和τ子对日常生活毫无影响，至于它们为何出现在自然界则是一个谜。 ASI4jRyIaWn6YefwG+ct6bODPe7++f2g+u7Mmd9NiIO4SkR8PwLa8unv8aRqijYa