為什麼質子中子電子在製造過程中沒有公差？

01-06

我覺得這是一個很神奇的事，大自然里這麼多質子中子原子電子，它們竟然是一模一樣的。

謝邀。

題主問了一個非常好的問題，就是基本粒子的全同性問題。而解釋這個問題需要用到量子場論，我印象中（也可能不準確）Feynman說過量子場論最重要的地方就是告訴了我們為什麼基本粒子都是一個樣子的。

簡單的說粒子和場是物質的不同的存在形式，粒子是場的激發態。如夸克就是夸克場的激發態，不同的激發態對應不同種類的夸克。這樣粒子的全同性就容易理解了——同一種激發態當然對應同一種粒子。

在看似不相關的統計力學中也有結果暗示了粒子全同性。假設我們有一箱子某種理想氣體A，中間有一個隔板，考慮把隔板抽出來後氣體熵的變化，一方面氣體的壓力溫度體積都沒有發生變化，熵應該不變，實驗結果也支持這個觀點，但是另一方面用經典統計力學進行計算卻發現熵變大了，配分函數需要乘以一個因子1/N!才能得到正確的答案，這是著名的吉布斯佯謬。

這個佯謬的問題就在於經典觀點中每個氣體分子是有區別的，實際上卻不是這樣，因此對於N個粒子的系統，微觀狀態數就相差了N！倍。

援引場論的諸位，看來我們在理解上有分歧阿。

電子是同種場的激發沒錯，但和所有電子都一樣有什麼關係呢？除開SM里的基本粒子不談，複合粒子，比如各種介子，可以通過把理論玻色化得到，這些複合粒子也可以表達成某種新的場（強子場）的激發。好，重複上面的過程，引入複合場的複合場，把下一階的自由度積掉。於是強子複合成的各種原子核也能表達成場的激發。。。。逐級類推，原則上可以推出一頭牛也是「牛場」的激發，然後你告訴我世界上所有的牛都是一樣的？

全同性究竟在哪一級失效，哪一級正確，至少對我來說還是謎，而場論只是先驗地承認了全同性而已，不能作為原因。

有公差呀~

如果你把基本粒子看作是量子場「製造」出來的激發，那麼對於不穩定的基本粒子，其質量就會有一定誤差。因為不穩定粒子對應於譜函數上的共振峰，而共振峰是有共振寬度的。這個誤差對應於這個不穩定粒子的壽命——誤差越大，越容易衰變，壽命越短。

但是穩定的基本粒子，比如質子、電子（沒有中子）、光子，它們是無法產生誤差的，造出來都是「一模一樣」。但是製造它們的「量子場」可並不閑著，它不僅製造我們看得到的那些成功品，還製造了無數我們沒有認定為粒子的失敗品，這些就是量子漲落，或稱虛粒子。所以，你可以認為製造過程中還是有公差的，只是產品把關比較嚴（LSZ reduction），我們看到的都是完美的成功品。

我來開個腦洞～

如果未來某一天發現基本粒子是存在「公差」的，科學家們會怎麼辦呢？

他們會想辦法解釋「公差」存在的原因，然後，幸運的話，新理論會誕生。在這個新理論中，會出現一些新的全同的基本量，然後題主又會來問，它們為什麼都一樣呢？

所以，任何一種讓人滿意的解釋世界的理論，都註定會有這樣或者那樣「沒有公差」的東西的。如果最終人類解釋世界的最近似的理論中沒有這樣的東西，那麼——只是證明了我們自己的渺小。

幸好這事兒尚未發生～

接著開腦洞：

有沒有覺得我們理解世界的進程有點像拿著越來越高解析度的數碼相機拍一幅世界名畫？

解析度達到retina，顏色深度足夠以後，我們就看不出這幅畫和我們拍出來的照片的區別了。

然後我們清楚我們拍出來的照片是由像素點組成的。

然後題主來問，為什麼世界名畫是由一個個像素點組成的呢？

木有學過量子場論，以下拙見有不妥之處，望見諒。

誰告你他們都一樣的，他們有著不同的能量動量角動量自旋角動量。泡利老爺子說過，不存在性質完全相同的兩個電子（費米子）。

換個角度考慮問題吧，你看魚缸里的錦鯉，是不是覺得它們都長的一樣，那它們一樣么？它們還分公母呢。

你覺得他們都一樣，只是因為你沒有發現他們的不同，你沒有發現並不代表他們沒有不同之處。