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|宇宙中有比电子更小的物质存在吗？


宇宙中当然有比电子更小的物质存在 ， 目前我们已知在宇宙空间中 ， 除了电子之外 ， 还有中微子和光子都属于最小的粒子 。 理论上黑洞的中心奇点也极小 ， 未来人类或许还会发现其它比电子小的微观物质 ， 比如某些暗物质；还有可能 ， 以后的科学家会发现原来场（磁场、电场和引力场）也是一种更小的物质 。
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一个原子模型
电子有多大？
电子很小 ， 在相当长的时间里 ， 科学家们甚至以为电子是宇宙中最小的物质形态 。
电子的静止质量大约为 9.118195399×10?31 kg ， 按照爱因斯坦的质能方程 E=mc2 ， 电子的质量又可以表达为0.511MeV/c2 。 这个质量仅为质子质量的1/1836、中子的1/1837 。
电子不仅质量小 ， 它的尺寸也极小 。 但电子的半径究竟有多大？这却是现代物理学里边一个极具挑战性的问题 。
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【|宇宙中有比电子更小的物质存在吗？】电子到底多大是一个物理学难题
我们没有任何一把尺子去丈量电子 ， 物理学家们唯一的办法就是计算 。 物理学里有一个“经典电荷半径” ， 它的值为 2.8179×10?1? m：
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经典电子半径的推算
这里产生了一个问题：这个值比质子的电荷半径 8.768×10?1? m 大了好几倍 。 我们知道电子是轻子 ， 它不可再分；而质子是重子 ， 它是由三个夸克组成 ， 它不可能比电子还小 。 “电荷半径”是忽略量子力学影响的计算结果 ， 与电子的基本结构没有关系 ， 它并不代表电子真实的大小 。
你可能会说 ， 电子是“点粒子”呀！点粒子无量纲 ， 这意味着它不占空间 ， 没有半径 。
的确 ， 在电磁物理学中 ， 我们经常会讨论到“点电荷”（非零电荷的点粒子） ， 在引力理论中也经常用“点质量”指非零质量并且没有其它属性或结构的点粒子 。 但是对于电子来说 ， 由于它的自能量趋向于无穷大 ， 因此从数学的角度它不可能没有半径 。
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德梅尔特与保罗利用离子阱技术测量了电子半径
1988年 ， 德国科学家汉斯·德梅尔特与沃尔夫冈·保罗利用离子阱技术（潘宁阱）测量了电子磁矩 ， 得出电子的半径上限为10?22 m ， 这也是目前已知对电子最精确的测量 ， 二人也因离子阱技术共同获得1989年诺贝尔物理学奖 。
光子
光子是目前已知的最小粒子 。
在现代物理学的所有定义中 ， 光子的质量被严格限制为0 ， 并且光子也被认为是经典的点粒子 ， 它不带电荷 ， 对外显示电中性 。
对于光子的质量是否真的为0 ， 世界上有许多科学家并不甘心 ， 他们用各种方法来测量光子 ， 试图找出它的最大质量 。 2006年罗院士和涂良成团队利用改进的动态扭秤调制实验装置测量光子 ， 将光子静止质量上限数值提高到1.5×10??2g 的水平 。 这个结果显然远低于电子的已知静止质量 。
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光子是最小粒子 ， 它没有体积
中微子
每一秒钟就有超过650亿个中微子穿过我们的眼球和后脑勺、穿透地球射到遥远的星空中去 ， 但我们对此毫无感觉 。
中微子可能是宇宙中数量最多的基本粒子 ， 它们的数量可能比宇宙中质子数量的总和还要多出十倍以上 。 但是中微子实在太小 ， 它的质量只有电子的几百万分之一甚至更低 ， 并且中微子对外不显电性 ， 除非与原子核正面相撞 ， 否则我们不能观测到它的存在 。
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中微子是点粒子 ， 它可以无阻碍地穿透星球
在现代物理学中 ， 中微子与光子一样也是点粒子 ， 它没有体积 ， 因此可以以接近光的速度飞行 。 光因为电磁波的特性 ， 它无法穿透原子外围的电子云 ， 而原子对于中微子来说就如同辽阔的广场一般 。
黑洞
与光子和中微子不同 ， 科学家们至今都无法真正地观测到黑洞内部的情况 ， 这是因为其内部强大的引力使光都无法逃脱 ， 因此我们只能看到一个黑乎乎的“窟窿” ， 科学家称这个窟窿为“事件视界” 。 在黑洞的中心 ， 居住着一个被称为“引力奇点”的天体 ， 它的质量可能有几十甚至几十亿颗太阳那么大 ， 而它的半径也许比一个电子还要小 。
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黑洞中心是一个看不见的奇点
物理学家们经过计算 ， 认为黑洞的引力奇点的体积为零 ， 这意味着它的半径无限小 ， 密度无限大 ， 因此黑洞的奇点与光子和中微子一样 ， 都是点粒子 。 不同的是 ， 黑洞是天体 ， 光子、中微子和电子是基本粒子 。
宇宙中还有其它比电子更小的物质吗？
物理学给出的答案是相互矛盾的 。
在一部分物理学说中 ， 电子被定义为点粒子 ， 它是数学上一个一维的“点” ， 没有半径 ， 因此电子与光子和中微子甚至黑洞一样 ， 它是宇宙中最小的物体 ， 没有比电子更小的物质了 。
电子的电荷半径比质子还大 ， 并且已知电子有质量并且其自能量趋于无穷大 ， 因此数学上电子应该是有半径的 ， 科学家通过离子阱技术测量 ， 认为电子的最大半径在10?22 m之内 。 因此 ， 光子和中微子是比电子更小的微观粒子 。
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奇妙的微观粒子
科学的进步永无止境 ， 随着人类对自然探索的一步步深入 ， 我们会发现更多更小的微观物体 。 电子 ， 只不过是其中之一罢了 。


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