宇宙中有比電子更小的物質存在嗎？

宇宙中當然有比電子更小的物質存在，目前我們已知在宇宙空間中，除了電子之外，還有中微子和光子都屬於最小的粒子。理論上黑洞的中心奇點也極小，未來人類或許還會發現其它比電子小的微觀物質，比如某些暗物質；還有可能，以後的科學家會發現原來場（磁場、電場和引力場）也是一種更小的物質。

一個原子模型

電子有多大？

電子很小，在相當長的時間裡，科學家們甚至以為電子是宇宙中最小的物質形態。

電子的靜止質量大約為 9.118195399×10⁻³¹ kg，按照愛因斯坦的質能方程 E=mc²，電子的質量又可以表達為0.511MeV/c²。這個質量僅為質子質量的1/1836、中子的1/1837。

電子不僅質量小，它的尺寸也極小。但電子的半徑究竟有多大？這卻是現代物理學裡邊一個極具挑戰性的問題。

電子到底多大是一個物理學難題

我們沒有任何一把尺子去丈量電子，物理學家們唯一的辦法就是計算。物理學裡有一個「經典電荷半徑」，它的值為 2.8179×10⁻¹⁵ m：

經典電子半徑的推算

這裡產生了一個問題：這個值比質子的電荷半徑 8.768×10⁻¹⁶ m 大了好幾倍。我們知道電子是輕子，它不可再分；而質子是重子，它是由三個夸克組成，它不可能比電子還小。「電荷半徑」是忽略量子力學影響的計算結果，與電子的基本結構沒有關係，它並不代表電子真實的大小。

你可能會說，電子是「點粒子」呀！點粒子無量綱，這意味著它不佔空間，沒有半徑。

的確，在電磁物理學中，我們經常會討論到「點電荷」（非零電荷的點粒子），在引力理論中也經常用「點質量」指非零質量並且沒有其它屬性或結構的點粒子。但是對於電子來說，由於它的自能量趨向於無窮大，因此從數學的角度它不可能沒有半徑。

德梅爾特與保羅利用離子阱技術測量了電子半徑

1988年，德國科學家漢斯·德梅爾特與沃爾夫岡·保羅利用離子阱技術（潘寧阱）測量了電子磁矩，得出電子的半徑上限為10⁻²² m，這也是目前已知對電子最精確的測量，二人也因離子阱技術共同獲得1989年諾貝爾物理學獎。

光子

光子是目前已知的最小粒子。

在現代物理學的所有定義中，光子的質量被嚴格限制為0，並且光子也被認為是經典的點粒子，它不帶電荷，對外顯示電中性。

對於光子的質量是否真的為0，世界上有許多科學家並不甘心，他們用各種方法來測量光子，試圖找出它的最大質量。2006年羅院士和塗良成團隊利用改進的動態扭秤調製實驗裝置測量光子，將光子靜止質量上限數值提高到1.5×10⁻⁵²g 的水平。這個結果顯然遠低於電子的已知靜止質量。

光子是最小粒子，它沒有體積

中微子

每一秒鐘就有超過650億個中微子穿過我們的眼球和後腦勺、穿透地球射到遙遠的星空中去，但我們對此毫無感覺。

中微子可能是宇宙中數量最多的基本粒子，它們的數量可能比宇宙中質子數量的總和還要多出十倍以上。但是中微子實在太小，它的質量只有電子的幾百萬分之一甚至更低，並且中微子對外不顯電性，除非與原子核正面相撞，否則我們不能觀測到它的存在。

中微子是點粒子，它可以無阻礙地穿透星球

在現代物理學中，中微子與光子一樣也是點粒子，它沒有體積，因此可以以接近光的速度飛行。光因為電磁波的特性，它無法穿透原子外圍的電子云，而原子對於中微子來說就如同遼闊的廣場一般。

黑洞

與光子和中微子不同，科學家們至今都無法真正地觀測到黑洞內部的情況，這是因為其內部強大的引力使光都無法逃脫，因此我們只能看到一個黑乎乎的「窟窿」，科學家稱這個窟窿為「事件視界」。在黑洞的中心，居住著一個被稱為「引力奇點」的天體，它的質量可能有幾十甚至幾十億顆太陽那麼大，而它的半徑也許比一個電子還要小。

黑洞中心是一個看不見的奇點

物理學家們經過計算，認為黑洞的引力奇點的體積為零，這意味著它的半徑無限小，密度無限大，因此黑洞的奇點與光子和中微子一樣，都是點粒子。不同的是，黑洞是天體，光子、中微子和電子是基本粒子。

宇宙中還有其它比電子更小的物質嗎？

物理學給出的答案是相互矛盾的。

在一部分物理學說中，電子被定義為點粒子，它是數學上一個一維的「點」，沒有半徑，因此電子與光子和中微子甚至黑洞一樣，它是宇宙中最小的物體，沒有比電子更小的物質了。

電子的電荷半徑比質子還大，並且已知電子有質量並且其自能量趨於無窮大，因此數學上電子應該是有半徑的，科學家通過離子阱技術測量，認為電子的最大半徑在10⁻²² m之內。因此，光子和中微子是比電子更小的微觀粒子。

奇妙的微觀粒子

科學的進步永無止境，隨著人類對自然探索的一步步深入，我們會發現更多更小的微觀物體。電子，只不過是其中之一罷了。