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强力、弱力、电磁力、引力，源于宇宙之初的四种基本作用力构成并支配了我们世界。这四种力究竟如何形成并发挥作用？ 万物存在的“质量”又源于何处？ 本书以通俗易懂的语言解读了强力与弱力以及基本粒子的相互作用机制，用推理小说的线索追踪与解谜方式介绍了微观层面下的奇妙世界以及自然的基本结构，能够让你以全新的视角面对和反思宇宙、自然以及万物的存在。

前　言　　11

1. 2012之夏——基本粒子物理学中历史性的瞬间　　11

2. “人类，真了不起！”　　13

3. 作用于自然界的四种力　　17

4. 射线和地震都涉及“弱力”　　19

5. 太阳可以缓慢燃烧也是沾了“弱力”的光　　24

6. 如果减少希格斯玻色子的数量，就能减肥吗？　　26

7. 三兄弟为何性格迥异　　28

8. 未带地图的旅人创造出的理论　　29

9. 用一线研究者也在使用的“比喻”进行讲解　　31

10. 围绕真凶描绘人物关系图　　33

章　　质量从何而来　　1

1. 牛顿的代表作始于“质量”的定义　　4

2. 物质的质量是原子质量的总和　　7

3. 由于发现了太多的粒子，希腊字母已经不够用了！　　9

4. 质子和中子的质量并非夸克质量之和　　10

5. 物质质量的99%来自“强力”的能量　　13

6. 希格斯玻色子并非“万物的质量之源”　　15

第二章　　“力”是一种改变的作用　　19

1. 既改变运动的状态，又改变粒子的种类　　22

2. 磁铁周围的铁砂、气象图……“场”是什么　　24

3. “光既是波也是粒子”是怎么回事？　　27

4. 构成物质的“费米子”与传递力的“玻色子”　　32

5.希格斯玻色子的发现是存在“第五种力”的证据　　36

第三章　　距离越远力越强——强力的奇妙性质　　39

1. 1932年轰动物理学界的两大事件　　42

2. 青年科学家的决心：“四面楚歌，奋起直追！”　　44

3. 汤川秀树预言了传递核力的新粒子　　47

4. 日本也建成了高能加速器　　49

5. 理论物理学家无用武之地的“新粒子大丰收”时代 　　52

6. 夸克是一种具有“反常性质”的基本粒子　　54

7. 汤川秀树的π介子也是由两个夸克构成的　　58

8. “囚禁”在粒子内部的夸克是如何被确认存在的　　61

9. 距离越远强度越大的奇妙之力　　64

10. 当时的基本粒子理论完全不是强力的对手　　65

11. 黑暗时代的突破——杨-米尔斯理论　　67

12. 没有质量的粒子？泡利先生的严厉质问　　70

13. 红蓝绿，强力可以改变夸克的颜色？！　　73

14. 天才霍夫特发现的“负号”的意义　　76

15. 后来全员都获得了诺贝尔奖　　79

16. 自身也被囚禁的

大栗博司 美国加州理工学院理论物理讲席教授，理论物理研究所（burkeinstitute.caltech.edu）所长，日本东京大学Kavli数学物理学联合宇宙研究机构（Kavli IPMU）研究主任。东京大学理学博士，发现了量子场论与超弦理论的深层数学构造，其研究曾获得美国数学学会大奖（2008年）、德国洪堡研究奖（2009年）、日本仁科纪念奖(2009年)、日本数学学会詹姆斯?西蒙斯奖（2012年），《超弦理论：探究时间、空间及宇宙的本原》获得2014年日本第30届日本讲谈社科学出版奖。著有前沿物理科普三部曲《引力是什么》《强力与弱力》《超弦理论》，数学入门科普《用数学的语言看世界》等。

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这种说法可能听起来像是迫不得已的辩解，可是夸克具有颜色的观点对于解释强力的作用机制也是非常重要的。南部阳一郎和韩武荣在论文中不仅仅提出了夸克具有颜色的观点，也指出了利用颜色解释夸克之间强力的可能性。

前文已经介绍过，如果存在电磁场，其中的波就会以电磁波的形式进行传递，它的最小单位为叫作光子的玻色子。另外，带电粒子间的电磁力则源于光子的交换。一个带电粒子释放出光子，另外一个粒子吸收该光子后，就完成了电磁力的传递。同理，当利用杨一米尔斯理论解释强力的时候，叫作胶子的玻色子就会以杨一米尔斯场的波的最小单位出现，并完成强力的传递。

于是，我们可以这么解释被囚禁在粒子之中的夸克。假设△重子之中含有三种颜色的夸克u（红）、u（蓝）、u（绿）当u（红）释放出胶子时，其颜色就会发生变化。另外，该胶子被其他夸克吸收后，其领色也会发生变化。胶子的交換不仅改变了夸克的颜色，还产生出了夸克间的引力作用。

综上所述，考虑到夸克有颜色，且其间存在杨一米尔斯场的作用，就出现了可以解释囚禁夸克的强力的可能性。

物理学的基本定律明明拥有很多对称性，为什么现实世界如此复杂？对称性自发破缺原理是打开这扇门的钥匙。基本定律是单纯的，世界却不是单调的。这是多么理想的组合啊！

因为质子和中子的质量基本源于束缚夸克的能量，所以原子的质量，甚至连我们身边物质的质量，也基本都是源于这种束缚夸克的能量。

电子和夸克的质量仅占整体质量的1%。所以物质的质量基本可以解释为强力的能量通过公式E=mc²换算出的质量。

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日本人气科普系列《超弦理论》第3部 触摸自然的基本结构 重释物质的存在意义 美国加州理工学院理论物理研究所所长，日本东京大学Kavli数学物理学联合宇宙研究机构研究主任 大栗博司 教授 科普力作 世界深层的微观奇妙之旅 / 探秘质量之源与万物存在 / 迫近自然深渊中的谜底

书摘插图

媒体评论

科学成果带来的惊喜，与文学、音乐和美术是等价的。探索自然界奥秘的科学，给存在于这个宇宙中的我们提供了深入思考自身存在的契机。我想这才是科学所带来的惊喜，也是我们应该珍视的价值。 ——大栗博司

书籍介绍

强力、弱力、电磁力、引力，源于宇宙之初的四种基本作用力构成并支配了我们世界。这四种力究竟如何形成并发挥作用？ 万物存在的“质量”又源于何处？

本书以通俗易懂的语言解读了强力与弱力以及基本粒子的相互作用机制，用推理小说的线索追踪与解谜方式介绍了微观层面下的奇妙世界以及自然的基本结构，能够让你以全新的视角面对和反思宇宙、自然以及万物的存在。