粒子(如電子)與反粒子(如電子)碰到一起,變成一束光;反之,一束強光也可從物理真空中打出粒子與反粒子,質子與中子等並非終極基本粒子,而是由更基本的“誇克”組成。誇克有六種“味”,即上誇克、下誇克、粲誇克、奇異誇克、頂誇克和底誇克。它們在質子、中子等粒子內部幾乎作自由運動,但不能脫離這些粒子而單獨存在。它們似乎被一種強大的力囚禁了起來。
按照“口袋模型”(1974),粒子就如物理真空中運動的口袋,口袋裏裝有誇克,誇克間存在很微弱的相互作用,由一種叫做膠子的粒子傳遞。粒子衰變或破碎為兩種或兩種以上的其他粒子時,可看作一個口袋變成兩個或兩個以上的口袋。同樣,兩個或兩個以上的粒子聚合成一個大粒子,就相當於多個口袋合成一個大口袋。於是,在破碎和聚合過程中,永遠找不到單個誇克,口袋的分解或聚合就如液體(如肥皂水)中氣泡的分解和合成。氣泡內氣體分子是自由運動的,大氣泡可以分解成小氣泡,小氣泡也可合並成大氣泡。若基本粒子如小氣泡,則物理真空就如液體。這種液體性質獨特,它隻能一對對地產生氣泡,或一對對地消失。按照口袋模型,口袋裏麵(或氣泡裏麵)叫做簡單真空,外麵是物理真空,這形成真空的兩種“相”。物理真空在一定條件下可變成簡單真空,就如日常生活中三相間的轉變一樣。固體受熱變液體,液體受熱變氣體,這些隻需幾百度或成千上萬度就可發生。溫度高達幾十萬、幾百萬或幾千萬度時,氣體原子就要解體,變成叫做離子的帶電粒子。同樣,溫度足夠高時,口袋也將解體,質子、中子等基本粒子不再是基本的物質形式,它們將成為一鍋由誇克和膠子組成的高溫粥,稱為誇克——膠子等離子體,物理真空也就成了簡單真空。
計算機模擬實驗表明,物理真空熔化為簡單真空需2萬億攝氏度以上的高溫,這個熔化的物理真空也叫“熔融真空”。重原子核可以包含上百個質子和中子,其內空間正常狀態下是個很好的物理真空。科學家希望通過碰撞來加熱它,使其熔化,獲得簡單真空。目前在高能實驗室中,質子和原子核間的碰撞能量已達幾百兆電子伏特,這已相當於將原子核(局部)加熱到了幾萬億攝氏度,但由於質子(與原子核比較)太小,隻將原子核穿了一個洞,並未將整個原子核熔化。科學家正在設法利用重原子核間的碰撞來實現熔融真空。熔融真空實驗之所以重要,不僅在於它能直接檢驗關於基本粒子結構的一些理論假設,還在於其實驗結果可能有助於科學家理解宇宙的早期演化。按照大爆炸模型,我們的宇宙始於200億年前的一次巨大爆炸。爆炸發生的一瞬間,溫度遠遠超過熔融真空所需溫度,故早期的宇宙應是誇克——膠子等離子體。隨著宇宙的膨脹,溫度逐漸降低,簡單真空轉化過程中,應存在由50個或以上的誇克所組成的物質結構(通常的粒子隻包含2個或3個誇克)。熔融真空實驗是對這種早期宇宙演化的模擬,是一種理解宇宙演化的重要手段。為測量真空熔化時放出的大量粒子,需在非常小的錐體內同時測量上千個粒子。迄今還沒有人能夠在一次碰撞事例中測量上百個粒子。科學家即使使用他們最嫻熟的乳膠探測器,盡管其分辨率很高,也無能為力,它也不適宜於探測高能加速實驗中的誇克——膠子等離子體。這些困難經常困擾著科學家並激勵他們去解決。
鋁的演變
進入19世紀,丹麥物理學家奧斯特將氯氣通過燒紅的木炭和三氧化二鋁的混合物,得到氯化鋁。然後與鉀汞齊作用得鋁汞齊,再將鋁還原出來並隔絕空氣蒸餾,除去汞,就得到純鋁。
但他的這一實驗成果卻未引起人們的注意。
1827年,人類迎來了“鋁的發現年”。這一年,德國化學家維勒曾就提煉鋁的問題拜訪了奧斯特。奧斯特對維勒提出的問題一一解答。維勒在返回德國後就立即投入試驗,終於在年底製出了純鋁。不過,他是用鉀還原無水氯化鋁製得純鋁的。此外,他還弄清了鋁的主要物理性質,並提煉出一些粉末狀的鋁。直到1845年,維勒才真正提煉出世界上第一塊鋁。
由於當時對鋁的提煉技術非常有限,所以價格奇貴無比,每千克鋁的價格為2000法郎,比黃金還貴。它的使用者隻有法國皇帝拿破侖三世一人。每次拿破侖在宮廷中舉行盛宴時,他就會拿著一隻價值連城的鋁杯與客人們共飲佳釀。
望著客人們因羨慕而變得興奮的樣子,拿破侖心中卻覺得非常遺憾:作為一國之尊的皇帝,為什麼不能讓客人們享用鋁製餐具呢?
於是,拿破侖找來了本國化學家德維爾,撥給他大量的研製經費,讓他專門研究如何能提煉更多的鋁。1854年,德維爾終於用鈉代替維勒的鉀也製得了純鋁。這使鋁的價格略有下降,人們可以小批量生產鋁了。