探寻宇宙之砖
从远古时代开始，人们就在探讨物质是由什么组成的，有没有公共的基本单元。
据古书记载，相传在我国的殷周之际，劳动人民就提出了万物皆由金、木、水、火、土构成的“五行说”，坚持从世界本身来说明世界。到公元前5世纪，墨子进一步提出“端”的概念，认为不断地分割物质，最后就得到不能再分割的微小粒子——端。与墨子同时代的古希腊哲学家德谟克利特把实物的最小单元称为“原子”，意即不可再分之物。
从现在的观点来看，古人对物质世界的这种种猜想尽管还属于思辨上的臆测，然而这种朴素的原子论对于唯物主义和自然科学却都是一种重要的贡献。但是，在其后漫长的封建统治和宗教神学的桎梏下原子学说长期没有得到发展。
到了17世纪，近代的实验科学开始发展起来。1661年，英国的波义耳经过定量的实验，提出了元素的概念，认为元素是用化学的方法不能再分解的最简单的物质。在这以后的一百多年里，人们相继用实验发现了氢、氮、氧等元素，而且化学实验的技术也从“定性”发展到“定量”水平。一系列重要的实验结果——比如化学元素反应所遵从质量守恒定律、元素形成化合物所遵从的定比定律、倍比定律等——启示人们推想物质是由一些不可毁灭的微粒构成的，而且各种不同的元素微粒按照一定的比例形成化合物。在19世纪初期，形成了分子—原子论。人们认识到，在物质的结构中存在着分子、原子这样的层次。宏观物质的化学性质决定于分子，而分子则由原子构成。原子被认为是构成物质的不可再分割的最小颗粒，既不能消灭，也不能创生。
在这之后的几十年里，人们用实验方法发现的元素总数扶摇直上。其中有的闪闪发光，有的乌黑透亮，有的能燃烧，有的会爆炸，有的却不怕火炼……在这些表面现象的巨大差异背后，会不会有什么更为本质的规律呢？1869年，俄国的门捷列夫在前人研究的基础上，把各种元素按照原子量递增的次序排列起来，发现元素的化合价展现出一种极有趣的周期变化规律。在经过反复研究并校正了实验资料上的一些错误之后，门捷列夫终于发现了元素周期律，并从周期表上通过空格预言了一些未知的新元素，当这些空格的主人纷至沓来时，预言逐一被实验所证实。直到今天，元素周期律对于化学和物理学研究，仍然具有指导性的意义，它在人类认识物质结构的征途上，是一项意义重大的成就。但是从发现周期律到真正弄懂元素为什么会展现出这样的周期性，人们其后又花了好几十年的时间。历史的经验告诉我们，仅仅当人们进入比原子更为深入的一个层次，找到了更为本质的东西之后，人们才发现对化学元素的性质有了较为深刻的认识。这件事情本身对于我们今天研究“基本粒子”的规律性来说，就具有意义重大的启发性。
但是把原子视为不可再分割的最小物质单元的观点却一直保持到19世纪的末期。这时，在一系列重大发现的面前，这种陈旧的形而上学观点受到了猛烈的冲击，也就在这时，人们对原子的认识取得了重大的突破。
电子的发现是原子论发展史上的一件大事。它不但标志着人们结识了一个新的微观伙伴，而且明确地提示了原子不是什么“不可分割的最小单元”。可以说，电子的发现是人们认识原子世界的开始。
发现电子的历史是和人们研究稀薄气体中的放电现象关联在一起的。而气体放电现象的研究，又和抽气机性能的改进直接相关。我们知道，在19世纪的五六十年代，气体放电实验所需要的仪器及零件已经日臻完备。1855年，德国的一名吹玻璃的工人盖斯勒发明了水银空气泵，从而可获得比较高质量的真空。在这之后，对放电现象的研究有了较大的进步。人们发现，阴极附近的玻璃在放电时会发出荧光。如果在管中放上一个物体，我们还可以直接看到这个物体的影子。由此人们推测，从阴极发射出来的射线是沿着直线飞行的，这种射线就称为“阴极射线”
不过，这种射线到底是啥东西，人们却并不了解。根据所观察到的现象，有人推测这恐怕是“光波”，也有人认为这大概是一种“微粒”，一种带电的“原子。在长达20多年的时间里，众所纷纭、百家争鸣，而且各有一定的道理。直到1879年汤姆逊用实验发现电子，才把这一问题弄清楚。
1900年普朗克提出“能量子”假说，他认为任何一种能量都不是连续的，而是以特定的量成批被释放或被吸收，这种特定的量被称为量子。
1905年，爱因斯坦在论述光电子效应时提出了“光量子”的概念，圆满地解释了经典物理学所不能解释的观点效应。同年，爱因斯坦确立了质能关系式：E=mc2表明任何物体的能量和质量都是密不可分的，能量的守恒和质量的守恒，是以两者相互联系的形式表现出来的。
1911年，卢瑟福在实验中发现了原子内部原子核的存在，并提出了“卢瑟福模型”。
1913年，玻尔指出放射性变化发生在原子核内部，于是研究原子核的组成、变化规律以及内部结合力的核物理应运而生。同时，他还修正了“卢瑟福模型”，进一步描述了电子的运动规律，为物质的波粒二象性理论奠定了基础，使我们看到了微观物质运动不同于宏观物体运动的特殊性。
1927年海森堡提出了微观粒子所特有的“测不准关系”，即对一个粒子的位置和动量是不可能同时准确地测量的。在20世纪动摇了人们对客观实在的那种抽象的、绝对的认识。
1928年狄拉克提出了相对论电子波动方程，同时他还提出了关于电子“空穴”的理论，预言了反粒子的存在，使人们认识到真空不空，而是充满着处于负能态的粒子。
1932年安德生从宇宙线中发现了“正电子”，不仅证实了狄拉克的预言，而且还第一次证明了自然界中物质和反物质的对称性。以后，人们发现了物质和反物质可以成对地同时产生，还可以成对地同时消灭，而这种产生和消灭不是凭空产生和化为乌有，它表示了在高能物理的研究中，物质存在形式之间的相互转化的特有形式。在这一认识的指导下，人们相继又发现了反质子、反中子和反西格玛负超子，进一步证明了反物质的存在。
同年，查得威克发现了中子。从此，人们认识到各种原子都是由电子、质子和中子组成的。于是把这三种粒子和光子称为基本粒子。
但是，基本粒子并不“基本”。紧接着，在对核的嬗变的研究中，人们发现了重核元素的裂变现象，铀核在裂变时，放出了巨大的能量。与此同时，在对太阳表面燃烧现象的研究中，人们找到了实现重核聚变的途径，这样，在质量和能量的转化方面又获得了新认识。
在变革原子核的实践中，人们不仅发现了许多新的基本粒子，如反电子、中微子、介子等，而且发现这些基本粒子还有其内容结构。同时，再次证实微观世界的物质运动也是严格遵守能量守恒和转化这一定律的。
20世纪50年代，坂田昌一提出“坂田模型”，加深了人们对原子内部结构的认识。
1965年盖尔曼提出了基本粒子结构的“夸克模型”。
1966年中国高能物理研究所提出了基本粒子结构的“层子模型”，预示了质子还有其内部的某种结构，打破了电荷e是最小的单位的传统观念。
1974年K. 威尔逊开始从事规范场的动力学研究。
1974年丁肇中发现了J/4粒子，关于层子的理论不断得到发展。
1976年发现了质量为零的玻色子。
……
总之，这些成果的取得使得20世纪40年代末产生了一门新的独立学科——基本粒子物理学，这门科学的研究至今已硕果累累。
讨论题：
1、人类对物质的认识大体上可以分成几个阶段，每一个阶段各自都有哪些特征？从人类认识史的角度，谈一谈你对物质认识过程的理解。
2、 古代的原子论与近代的原子论有哪些区别，它和现代原子物理学又有何关系？自然科学所探讨的物质实体与哲学所讲的物质概念是同样的吗？如果不同，它们又有哪些差别；如果相同，为什么还要区分哲学和各个学科之间的关系？
3、20世纪自然科学一系列重大的科学发现和理论研究成果是否证明唯物主义物质观的破灭？原子不是构成物质的最小微粒，它是由原子核和电子所构成的，原子核又是又质子和中子所构成的，质子和中子作为“基本粒子”又是由更微小的粒子“层子”或“夸克”所组成，那么物质是否有最终层次？
