1930年以前，原子物理学认为只有质子和电子是物质的基本结构单位即“基本粒子”。这种只存在两种基本粒子的观点与物理学家们对自然界秩序的过分简单化的看法非常一致。而且人们发现这两种基本粒子都带有电荷和质量。因此，很多物理学家包括像玻尔（Bohr）和爱丁顿（Eddington）这样的领袖人物，对于中微子和中子具有基本粒子特性的假设在很长一段时间里都持怀疑态度。按照他们的观点，承认这些新的基本粒子，会带来两个不愉快的后果，第一，这会动摇长久以来人们对自然界简单性原则的信任；第二，这意味着无电荷、无质量这种光子的属性也会成为任何基本物质粒子的自然属性。除掉这种怀疑论以外，在一些理论家中，还有一种实证主义观点，不愿在理论上承认这种“没有观测到的粒子”。另一方面，某些实用主义的理论家则大胆地表示，愿意引入没有观测到的粒子，以便取得概念上的突破。自从本世纪四十年代后期以来，大量的所谓多余粒子的意外出现，极大地震动了原子物理学家们，同时也使他们的脑子大为开窍。他们已经认识到，复杂微妙的对称和守恒定律必须设法达到对各种亚原子现象的完全统一，他们还倾向于发展一种新的信念：即便不能发现或观测到独立状态的“真正的”基本粒子，也不能证明它们并不存在。

今天，对所谓物质的基本构成的研究，已使我们陷入一个认识论的危机，这是众人皆知的。目前由于专业原子物理学家和专业哲学家都在探讨这些深奥微妙的关于粒子物理学的哲学问题，我们还不敢贸然闯入那个王国。这里我们只是试图把读者的注意引导到这样一个问题上来：自从1930年以来，粒子物理学的新发现是怒样地促使原子理论家去修正他们自然界简单性的幼稚观点的。不久以前，原子物理学家才逐渐认识到，不是靠墨守“基本粒子”这个过于简化的概念就能达到对形形色色的亚原子现象的完全统一。要达到这样一种统一，我们暂且必须承认，我们所看到的物质世界是由比较多样化的所谓基本粒子构成的。然后就应当尝试提出越来越精确的对称和守恒原理，这些原理应能最后表明非常有限的各种“真正”不可分的基本粒子的存在。然而，当代原子理论家倾向于相信夸克或最终的类点基本粒子也许仍然是不可观察、不可探测的。所以我们想要单独地“看见”一个基本粒子的陈习可能是不会得到满足的。

选择1930年作为我们讨论的大致出发点是合适的，因为直到1930年物理学家们还坚信只有质子和电子才是物质的构造基元。尽管早在1920年哈金斯（Harkins）和卢瑟福（Rutherford）就已经谈到“中性偶极子”（即中子）存在的可能，但那个见解并没有严重动摇理论家们的流行思想。因为那种粒子仅仅被想象为包裹着两个已知带电基本粒子的严密外壳。当时还没有感到必须把无电荷作为任何基本粒子的一个可能的固有特性。

当1932年查德威克（Chadwick）发现中子时，他犹豫不决地提出，这可能不仅是一个紧密的质子 - 电子束，而且甚至可能是一种基本粒子。

是什么促使查德威克猜想到中子可能是一个本身就没有电荷的粒子的呢？我们不必拘泥于未经文件证明的推测。但我们可以回想一下，早在1930年12月，为“拯救”能量守恒定律，泡利（Pauli）就已经提出过有一种神秘的中性粒子存在的可能；而在1931年期间他又不止一次地在讨论会上提出他的观点。在1933年举行的第七届索耳未会议上，泡利重申了他的立场，当时。在普遍的怀疑气氛中，费米（Fermi）和佩林（Perrin）热情地接受了这个假设，他们同意泡利的“中微子”是一个既不带电又无质量的费米子的提法。所以，泡利已经是足够大胆地把无电荷、无质量这种光子属性有选择地吸收进了他的新假说；这个使人困惑的无质量属性直到1956年才获得理论上的解释。至于困难少得多的无电荷属性，泡利对于他的中微子假说的坚持也许使得查德威克较为容易地（尽管是犹豫不决地）把中子描述为一个中性的基本粒子。

有一段时间，对仅只存在着有电荷和有质量的物质粒子的普遍信赖妨碍了许多优秀的理论家接受中子和中微子是基本粒子的思想。然而，早在1932年，也就是刚刚发现了中子以后，海森伯（Heisenberg）就把质子和中子统一为所谓的核子，他依据的是非凡的量子力学、同位旋。这是具有审美感染力的。因为它指出了一种新的对称。1934年，费米又成功地把泡利的无电荷、无质量中微子连同海森伯的核子纳入了β衰变的电子 - 中微子场理论中。随着这些大胆的学说的建立，对无电荷基本粒子的怀疑态度开始转变了。不仅是朝着接受，而且是朝着预期其他中性基本粒子的存在的方向转变了。

在三十年代，一方面像玻尔、爱丁顿和马格瑙（Margenau）这样一些杰出的物理学家兼哲学家不准备接受难以捉摸的中微子或中子作为基本粒子，另一方面，凯默（Kemmer）甚至弓］入了一个中性介子（1938年）来解释核力的电荷独立性。再早些年，汤川秀树就已经足够大胆地引入了一种还未观察到的核介子，但又谨慎地把他的假说局限于荷电介子。即使那样，他还是由于“不必要地”引入了一种新粒子而受到玻尔的责备。但是1937年安德逊（Anderson）等人——在实验上探测到了宇宙射线介子，凯默以及汤川秀村便轻易地摆脱了引入新粒子的顾虑，设想出一种还未观测到的中性介子。

坂田和谷川不仅接受了这个中性介子假说（1940年），而且提出了进一步的设想：假设的中性介子会自发地转变为光子。这个衰变过程（现在叫做中性亦介子的光致蜕变）在十年后（1950年）由斯坦柏格（Steinberger）等人用伯克利的回旋加速器进一步证实了，1940年坂田和谷川已经初步估算出中性π介子的寿命大约为10^-16秒，并谈到：“这个结果似乎揭示了证明宇宙射线中存在中性介子实验的失败原因。”必须指出，像这个日本小组一样，贝特（Bethe）也在大约同一时候假设存在着一种中性核介子，以证明介子场更类似于由麦克斯韦方程支配的光子场。就是说，紧跟着凯默和汤川秀树，贝特和这个日本小组表示愿意把一种中性介子引入到他们的理论中去。然而，马沙克（Marshak）却有代表性地表示不愿承认“一种没有观测到的粒子”，并试图根据已经观察到的一对紧密的正负介子对来解释核力场。他有点过于自信地断言他的“论文已证实了没有观察到的中性介子的存在对于一种核力理论并非必不可少。”当1946 ~ 47年坂田和马沙克独立地提出区分π介子和μ介子的双介子假说[正好是在鲍威尔（Powell）发现它们的差异之前]时，坂田坚持了他早先的信念，即存在着中性介子。另一方面，马沙克再次回避了那些“没有观察到的粒子”。而马沙克的合作者贝特这次却放弃了他原来相信的中性介子转而同意只处理荷电介子了。

在接着几年的核研究中，基本粒子无电荷的特性越来越为人们所接受了。四十年代末（即在π介子和μ介子的区别发现后），人们就有点大胆地预言到，π介子将出现在两个已观察到的荷电态以外的另一种中性态中，例如，乌伦贝克（Uhlenbeck）就曾类似地仓促提出假设：除了两个已观察到的荷电态以外，μ介子也存在于中性态中。但是，理论粒子物理学的迅速进步足以很快排除一个中性μ介子存在的可能性，像电子一样它被列为轻子一类，没有中性的变化。

关于中性核介子的这些思考，说明了一段时间里使概念进步停滞不前的一种主要思想倾向。那就是在建立理论时不愿求助于“没有观察到的粒子”的实证主义态度。这种实证主义是两种重要思想倾向之一，这种倾向目前在我们看来，是显得有点幼稚和过于谨慎了。另一种思潮则是众所周知的。由来已久的对于自然界的简单、秩序和对称的笃信，促使卓越的理论家们不愿承认除质子和电子外的任何其他基本粒子。

后一类型的抵触是以不同的方式表达的。正如已经提到的，玻尔责备汤川秀树“创造了一种新粒子。”但更令人惊异的是玻尔在他的法拉第讲座上（1932年）拒绝了泡利的中微子假说，其根据是，他认为在β衰变中能量守恒只在统计意义上有效（！）。1924年玻尔也曾选择放弃用能量和动量守恒原理来解释康普顿效应，因为他曾提出，在原子过程中能量和动量是统计守恒的。虽然在同一年（1924年）玻特（Bothe）和盖革（Geiger）从实验上证实了每个基本粒子的康普顿过程的能量守恒定律的严格有效性，玻尔在八年后还是徒劳地试图再次复活同样的统计观点以向中微子概念挑战。爱丁顿不赞成中微子假说和基本粒子无电荷性的强硬态度一直坚持到1938年，其时克莱恩（Crane）和哈尔彭（Halpern）已经提出报告说，他们从实验上证实了中微子可能存在的假说。爱丁顿说：“……我可以说我不相信中微子……，我那老式的对中微子的不信任简直还不够。我认为，实验物理学家不会有足够的智谋制造出中微子来。如果他们成功了的话，甚至也许在发展其工业应用上也成功了的话，我料想我将不得不相信，尽管我可能会觉得他们干得不十分正大光明。”在评论中子是复合粒子还是基本粒子时，物理学家兼哲学家马格瑙在1935年谈到：“在对物质基本成分的解释上，我们从未像现在这样难于达到一致。好像这种混乱状况又冒出了中微子的鼓吹者。近来许去爰彘岛矗势看来是同解释的简单性和一致性背道而驰的。”他表示了他对中微子的反对，为了消除疑虑又说道：“但我们可以放心，发现的清单还不完全，而一旦完全并有一种适当的理论把诸事实联系起来的话、则一致性和简单性将会恢复。对立永远先于综合。”马格瑙对接受中子为基本粒子的犹豫和他明确地反对中微子假说，表明他对自然界简单性的信赖驱使他对除了质子和电子及其反态以外提出的任何基本粒子都抱怀疑态度。

这里必须指出的是，到1930年狄拉克（Dirac）已经提出了他有名的电子理论，预言了对称地存在一种和电子对等的正电体。狄拉克企图把这个预期中的反粒子同已知粒子“质子”划等号，尽管他对两者间很大的质量差感到不满意。赫尔曼 · 魏尔（Hermann Weyl）把狄拉克的概念称为“质子理论”（1930年），但同时又写到：“的确，按照该理论，质子的质量应当等于电子的质量。”尽管存在这种差异，狄拉克和韦尔都不梦想设计出任何超出已观察到的基本粒子 - 质子 - 的东西作为电子的反粒子。一种新粒子的引入在那时会被认为是一种概念上的异端3然而，似乎为了使理论同观察事实相一致，正电子在1932年出现了，即中子出现的同一年。但是，中子的基本性在相当一段时间里还是一个待考虑的问题，甚至在海森伯已经漂亮地把观察到的中子和质子对称化以后还是这样。尽管如此，狄拉克的反粒子理论还是变得更易接受，因为反态的出现不仅没有被看作是背离自然界简单性的象征，反而被认为是一种预想中的两种不同电荷间的对称。在发现反质子前两年，派斯（Pais）就已说过（1953年）“缺少探测到的反核子”并不是“反核子不存在的惊人证据”。

这种反态对称的想法是如此具有感染力，以至于在费米的电子 - 中微子理论刚刚提出后，“反中微子”的存在也被那些能够接受中微子假说的人想出了。甚至有人准备把这种对称推广到中性粒子上。但是与此同时，还是有少数人不相信反质子的存在。1955年西格雷（Segre）和张伯伦（Chamberlain）在伯克利的高功率质子回旋加速器上产生出了反质子，该加速器是专门为此设计的。阿尔瓦雷斯（Alvarez）在他获得1968年度诺贝尔物理奖发表的演说中谈到：“为了说明西格雷小组发现的反质子所带有的不明显的性质，我只要回忆一件事就够了。我认识一位非常杰出的高能物理学家，他不相信可以产生反质子，他和一位同行打赌，结果输给那人500美元赌注，那位同行持有现在广为接受的见解：所有粒子都可能存在于反态中。”然而到1955年，在根据抽象参量的同位旋、重子数以及奇异性表达的“电荷”的一种新的意义上，甚至像中子这样的中性粒子的反粒子，也变得在概念上可以接受了。所以，那时理论家的思维模式已经大为改变，竟然将无电荷和电荷同处出现这两个似乎不相容的概念综合起来。

事实上，由于1947年以来所谓多余粒子的大量涌现，到五十年代中期不少信条已经改变了。产生了与普遍正确的能量、动量和电荷守恒定律形成对照的有限正确的守恒原理。但是宇称守恒或镜像对称定律仍被认为是同能量守恒一样普遍的。接着冒出了所谓τ-θ之谜，它给理论家提出了两种取舍：要么“拯救”宇称原理，同时承认τ和θ是“有区别的”粒子，尽管它们有相同的质量和寿命；要么承认它们是同一种粒子而在它们衰变时（即在弱相互作用中）宇称不再守恒。杨振宁在1957年度诺贝尔物理学奖演说中回顾了这个情况：“在弱相互作用中，宇称守恒在没有实验证实的情况下被笃信了这么久实在令人惊异。但是更使人吃惊的是这样一个情况：物理学家如此熟悉的时空对称律可能被打乱。这个境况并不吸引我们。相反，倒不如说，我们是在了解τ-θ之谜方面作出其他各种努力都失败之后才被迫接受这个图景的。”粒子物理学家们必须放弃他们对宇称原理普遍正确性的虔信，以挽救两个同样质量同样寿命的粒子不会有差别的合理信念。这提醒我们想到另一个情况，当玻尔已经企图放弃在亚原子现象中能量守恒定律的严格正确性的观点时，泡利却想出一个绝望的补救方法，即引入了中微子。

由于有越来越多的证据证明，基本粒子通过各种途径互相转化，基本粒子可以产生也可以湮灭，以及核子有一个复杂的“内部结构”，在过去二十五年里，我们关于基本粒子的概念已经发生了更为令人震惊的变化。1922年埃伦哈夫特（Ehrenhaft）对“亚电子”或有分数电荷的粒子的探索还是一种幼稚的和不成熟的尝试。但是今天，人们正在认真地探索假定的2/3和-1/3电荷的“夸克”。这是基于这样一个非常S杂的理论信念：过多的强子也许最终会归纳为少数几种“迷人的”、“丰富多采”的夸克。眼下我们只能问：“粒子物理学向何处去？”

[Am. J. Phys.，1982年12期]