宇宙是什么

8. 夸克有三种颜色且无法单独取出？

  虽说如此，夸克理论也只不过是个假说。虽然夸克理论能清晰地解释微观世界，但是也存在一些让人难以直接接受的地方。

  首先，夸克理论中夸克的电荷数值是不自然的。该理论认为，上夸克的电荷为，下夸克和奇夸克的电荷均为。因此，“uud”组合出的粒子的电荷为，这恰好与质子的电荷一致。

  中子由夸克以“udd”的方式构成，因此它的电荷为另外，π介子的电荷为+1，因为它由“u”和“反d”组合而成，所以电荷数值也与计算结果相符（，反粒子的电荷与粒子相反）。

  但是，这些结果给人感觉是为了符合实际值而创造出来的。说起来，电荷是 或 这样的值本身就让人感觉难以接受。夸克理论给人留下的印象，就像拼图游戏中因为有找不到的拼块，所以就强行自己制造了拼块。

  其次，夸克理论对“自旋”的解释，也存在让人难以理解的地方。该理论描述夸克的自旋是半整数，3个夸克组合后整体的自旋也是半整数，所以这与质子的自旋也吻合。这方面确实没有问题，但自旋为半整数的夸克，可以在同一个位置上存在3个，这就违背了前文介绍的泡利不相容原理，即自旋为半整数的费米子（构成物质的粒子。夸克也是一种费米子）具有以下性质：自旋方向和电荷状态相同的粒子，在同一个位置上只能存在一个。

  针对这个问题，夸克理论给出的“辩解”是：该理论认为夸克是有“颜色”的，分别为“红”“绿”“蓝”，只要夸克的颜色不同，就可以同时存在于一个位置上。当然，夸克的颜色只是一种比喻说法，实际上夸克是没有颜色的。

  夸克理论选取红、绿、蓝作为夸克的颜色也有相应意义。这三种颜色是“光的三原色”。当光的三原色重叠时，颜色就会变成白色。电视机显示的白色正是利用了这个原理。构成重子的夸克，其情况也是如此，即3个颜色不同的夸克组合在一起变成了“白色”。夸克理论认为，夸克通常都是以“白色”状态活动的。也就是说，夸克无法以单色的状态存在，因此夸克也无法被单独取出。

  介子的情况也是如此。介子由夸克和反夸克构成，它们的颜色组合为“红与反红”“绿与反绿”“蓝与反蓝”。“反红”是红的补色，两者重叠后还是会变成“白色”。

  用颜色类比夸克性质的理论也称为“量子色动力学”。虽然这是一个很有趣的想法，但“夸克有三种颜色且无法被单独取出”的观点，还是无法令人立即接受。最早提出夸克“颜色”概念的人是南部阳一郎。顺便一提，南部阳一郎是2008年的诺贝尔物理学奖得主，但其获奖原因并非夸克的颜色构想，而是“对称性自发破缺机制”的研究成果。