物质是什么

作者：吉姆·巴戈特（Jim Baggott）
出版信息：本书中文版由中信出版集团于2020年出版。

我们身处的世界——从浩瀚的行星到微小的书本，乃至我们自己的身体——皆由“物质”构成。然而，若深究“物质究竟是什么”，便会发现这是一个异常复杂且深刻的科学问题。表面上，我们似乎可以通过“质量”这一属性来理解物质，即“一个物体所含物质的总量”。但物质为何具有质量？其基本性质究竟如何？这些问题远非显而易见，它们困扰着一代又一代的科学家，构成了物理学探索的核心议题之一。

英国科学史作家、牛津大学化学物理学博士吉姆·巴戈特，以其深厚的科学背景和清晰的叙述能力，在本书中系统梳理了人类对物质本质的认知历程。巴戈特博士著有《希格斯：上帝粒子的提出与发现》《量子空间》等多部科普作品，其文章常发表于《新科学人》《自然》等权威期刊。

本书以历史发展为脉络，引导读者踏上一段跨越两千多年的科学思想之旅。旅程始于古希腊哲学家对“不可分割的原子”的朴素猜想，穿越牛顿经典力学的宏伟体系，最终抵达现代物理学最前沿的量子场论与粒子物理标准模型。作者不仅阐述了关键的科学概念与理论突破，如量子理论、色荷、希格斯场等，也生动刻画了那些推动认知边界的科学家群像，展现了科学探索中怀疑、矛盾与突破交织的生动过程。

全书结构清晰，分为四个主要部分，层层递进地剖析物质之谜：

第一部分：原子与虚空
探讨从古代原子论到近代化学确立过程中，人类对物质基本构成单元的追寻。内容涵盖德谟克利特的思辨、牛顿的力学框架，以及道尔顿等化学家如何通过实验将原子论从哲学构想转变为科学理论。

第二部分：质量与能量
聚焦于经典物理学对质量与能量的理解及其面临的危机。重点阐述了爱因斯坦狭义相对论带来的革命性观念——质量与能量的等价性（E=mc²），以及这一理论如何动摇了对物质和质量的传统认知。

第三部分：波动与粒子
深入量子力学的奇异世界，探讨物质同时具有波动性和粒子性的“波粒二象性”。本章解释了薛定谔方程、量子态等核心概念，并剖析了诸如“裸质量”与“缀饰质量”等深刻问题，揭示了微观尺度下物质行为的反直觉特性。

第四部分：场与力
介绍现代粒子物理学的框架——标准模型。通过对称性、规范场等概念，阐释了物质如何通过基本粒子（如夸克、电子）及其相互作用（通过传递玻色子）来构成。其中，希格斯机制与希格斯玻色子（俗称“上帝粒子”）的发现，为理解基本粒子为何具有质量提供了关键答案。

本书末尾附有详细的词汇表、注释和参考文献，为希望进一步研读的读者提供了可靠的指引。通过这部作品，吉姆·巴戈特旨在为读者呈现一幅关于物质本质的宏大而连贯的科学图景，揭示那些构成我们宇宙最基本砖块的深刻奥秘。