什么是粒子？文小刚评论|精彩之门
什么是粒子？它被认为是一个点物体，一个坍缩的波函数，量子场的激发，庞加莱群的不可约表示，振动的弦，以及量子比特海的变形.这些观点可分为还原论和生成论两大阵营。还原论最基本的假设是空间本身是空的，粒子是空间中的东西。进化论最基本的假设是，空间本身是一种动态活动的介质，粒子是这种介质中的变形和激发。物理学家对粒子的概念从未像今天这样丰富。
作者|娜塔莉沃尔乔弗
编译|乌鸦男孩
基本粒子是宇宙的基本物质，但是很奇怪。|资料来源：量子杂志的阿什利麦肯齐
既然宇宙万物归结为粒子，那么就产生了一个问题：什么是粒子？
一个简单的答案是，它和电子、光子、夸克一样是“基本”粒子。但是这个答案很快就被证明是不尽人意的。因为这些粒子被认为缺乏子结构，不占据物理空间。
加州大学伯克利分校的粒子物理学家玛丽盖拉德(Mary Gaillard)在20世纪70年代预测了两个夸克的质量，她说：“我们基本上把粒子看成点状物体。”然而，粒子具有不同的特性，如电荷和质量。一个不占物理空间的点怎么带质量？
“我们说它们是‘基础’，但这实际上只是针对学生的。其实我也不知道答案。我得回答是基本的，以免学生继续提问。”麻省理工学院的理论物理学家温小刚说。
除了基本粒子之外，任何其他物质的性质都取决于它的物理成分，即它的组成粒子。但是这些粒子的性质并不是来自它们自身的成分，而是来自数学模型。粒子作为数学与现实的接触点，模糊地穿越了两个世界。
什么是粒子？问了十几个粒子物理学家，他们给出了截然不同的描述，强调他们的答案并不冲突，而是捕捉到了现实的不同方面。他们还提到了基础物理中的两项重要研究，即追求更令人满意和更全面的粒子图像。
“什么是粒子？这的确是一个很有意思的问题，”文小刚说。“现在这方面有了新的进展。应该说现在还没有统一的观点，但是有几种不同的观点看起来很有意思。”
01粒子是“塌缩波函数”
“我探测到的那一刻，波塌了，变成了粒子。(粒子是)坍缩的波函数。”
—— Dimitri Nanopoulos
古希腊哲学家德谟克利特断言一切都是由原子组成的。从此，人们开始探索自然的基本要素。两千年后，牛顿和惠更斯争论光是由粒子组成还是由波组成。大约250年后，量子力学的发现证明了这两位杰出人物的观点是正确的：光是由一个叫做光子的单个能量包组成的，这个能量包既有粒子也有波。
事实证明，波粒二象性是深刻奇点的表现。20世纪20年代，量子力学的发现者揭示，描述光子等量子化物质的最佳对象是“波函数”，而不是粒子或波。
波函数是描述粒子演化的数学方程，表示一个粒子具有各种性质(如位置、速度)的概率。比如描述一个电子的波函数在空间中展开，所以电子有多个可能的位置，而不是一个确定的位置。奇怪的是，如果放置一个探测器来探测一个电子的位置，它的波函数会瞬间坍缩成一个点，然后探测器会接收到一个信号，电子就会出现在那个位置。
粒子是坍缩的波函数。|来源：塞缪尔维拉斯科/广达杂志
因此，粒子是坍缩波函数。但是这到底意味着什么呢？为什么观测会导致一个扩展的数学函数坍缩，出现一个特定的粒子？是什么决定了测量结果？一百年后，物理学家仍然对此一无所知。
02粒子是“场的量子激发”
“在物理学家眼里，什么是粒子？是场的量子激发。我们用量子场论的数学语言写粒子物理。这里有很多不同的领域；每种字段都有不同的属性
