首先，从直觉上看，一个物体应当是可以被无限分割的，在中学里，数学老师肯定给大家讲过，一条线段由无数个点组成。庄子曾经也提出过这种思想：一齿之棰，日取其半，万事不竭。因为就我们日常生活的经验来说，一个大的物体必然可以分成多个小物体。而对于这些小物体，只要操作足够精细，必然又可以分成更多更小的物体。例如，我们知道水是由水分子组成，而水分子又是由氢原子以及氧原子组成。原子里又有电子以及原子核。原子核又包括了质子和中子。质子和中子又是由夸克组成。到这里，肯定有人会问，那夸克又是由什么组成呢？

对此，粒子物理学家们自有他们的一套办法进行研究，比如通过粒子磁矩、能标、角动量耦合、自旋耦合等等。但是到目前为止所有的实验都未曾发现夸克存在有内部结构的迹象。至少在现有的物理理论模型中，我们认为夸克已经不可再分。这句话说起来简单，但要如何理解呢？什么叫做没有内部结构？

在揭开谜底之前，我们先来看看古代先贤们是如何看待这个问题的。其实，早在2000多年前的古希腊，那时就已经有学者坚定不移地相信物质是不能被无限分割的。其中最具代表性的学者叫做德摩克利特。在德摩克利特的时代，当然不可能观测到原子等微观粒子的存在。他用的是哲学思辨的方法来论证这个问题。

德摩克利特认为物质不可能是一个连续的整体，因为这一命题中包含着矛盾。首先，我们假设物质是可以被无限分割的，那么最终会剩下什么？是有维度的微小粒子吗？肯定不是。但凡它占据一点空间，那就还可以再被继续分割，直到分割成没有任何维度的数学上的点。但是，如果我们把这些没有维度的点再组合起来，永远也无法得到有维度的物体。无论多少点都不行。世间万物也将因此而不复存在。所以矛盾点就在这里。因此，唯一可能的解释就是一开始的假设错了。物质并不是无限可分的。德摩克利特由此提出了他的原子论。他认为，任何物质都是由一种无比坚硬的、不可再分的、完全相同的微小颗粒组成，并将其命名为原子。

此时的原子还只是一种哲学上的概念，但他的观点影响了此后无数的科学工作者，其中就包括了艾萨克·牛顿以及量子力学的先驱者海森堡、泡利等人。不过，虽然原子的概念在2000多年前就已提出，但一直到19世纪，人们对于真正科学意义上原子的探索才开始有所进展。19世纪初，约翰·道尔顿通倍比定律发现，化学反应的本质只是原子之间的拆分和聚合，并提出每种元素都只对应一类原子。

至此，原子终于摆脱了虚无缥缈的身份，成为了一种实际存在的科学名词。后来，门捷列夫在他的基础上推出了元素周期表。等到1897年，约瑟夫·汤姆森在研究阴极射线时，发现了带负电的粒子流，并将其命名为电子。电子的发现说明整体中性的原子内部必然还存在着其他带正电的部分。这直接粉碎了之前人们对于原子不可再分的认知，并提出了原子的葡萄干布丁模型。

但由于原子尺度太小，显微镜也无法看到，因此也没有直接的证据。1905年，爱因斯坦除了发表了狭义相对论，同时还接连发表了另外两篇论文，分别解释了布朗运动与光电效应。前者从理论上实锤证明了微观粒子的存在，后者则提出了光量子的概念，也就是我们现在说的光子。爱因斯坦也因为这篇论文获得了他一生中唯一的一个诺贝尔物理学奖。

光量子是继普朗克黑体辐射量子化假设后，更为大胆的一个启发性的假设。这为后来量子力学的发展打下了坚固的基础。1911年，新西兰物理学家卢瑟福，就是那个研究了一辈子物理却最终只拿了个诺贝尔化学奖的男人。卢瑟福为了进一步验证原子的内部结构，做了著名的卢瑟福金箔实验。他通过阿尔法粒子轰击金箔，发现了大角度的散射现象，并由此提出了卢瑟福原子模型，确立了原子核的存在。

该模型表明原子内部其实是无比空旷的，类似于行星轨道。其中原子核的质量比电子要大得多得多，但体积却非常小，直径不到整个原子的1/10万。后来，卢瑟福又通过用阿尔法粒子轰击氮原子发现了质子，并同时预测了中子的存在。并在后来由他的学生查德威克在实验中发现了中子。卢瑟福的原子模型比汤姆森的葡萄干布丁模型更接近事实，但他却有个非常严重的问题。根据麦克斯韦的电磁学理论，圆周运动或者椭圆运动的电子由于是在做变速运动，因此，它会源源不断地向外辐射电磁波，从而释放能量。这将直接导致电子在大约10^-12秒的时间内就会坠入原子核。这样一来，世间根本无法存在稳定的原子。这显然与现实情况不符。

1913年，卢瑟福的学生尼尔斯·玻尔提出了波尔原子模型。该模型包括了三个基本假设：能级假设、跃迁假设以及轨道量子化假设。这个模型虽然目前来看略显粗糙，但它可以称得上是量子论中最重要的一个理论，因为它能够完美解释氢原子光谱非连续现象。并且在该模型中，电子在能级不变时不辐射能量的假设，也很好地解释了前面提到的电子坠落的问题。但问题是，当遇到电子数量更多的其他原子时，波尔模型就完全失效了。

1925年，泡利意识到自旋对电子在原子核之外的排布有着关键作用，并据此提出了“泡利不相容原理”。他完美揭示了电子在原子核外的排布规律。紧接着1926年，薛定谔通过德布罗意的物质波理论以及波粒二象性的概念，提出了著名的薛定谔方程。令人震惊的是，该方程能以电子出现概率的方式精准地预测出电子的运动规律。

至此，似乎一切都已经真相大白。原子由原子核以及核外电子构成，电子的运动规律由薛定谔方程和泡力不相容原理精确计算。原子核又由质子和中子构成。质子带正电，中子不带电。不同数量的质子和中子再加上不同数量的电子，就构成了各种各样的原子。原子又构成分子，从而构成了世间万物。所以，此时人们认为质子、中子以及电子是基本粒子，是非常自然的事情。但是，物理学家们可并不满足于此。他们的职责就是要弄清楚这个世界最本源的秘密。

1950年后，随着粒子加速器的发展，高能物理进入新的发展阶段。在合并了弱电统一理论、核量子色动力学的规范场论中，物理学家们预测出了一张标准模型。这里面一共预测了61种基本粒子，包括构成物质的费米子和传递相互作用的玻色子。其中费米子就包括了组成质子和中子的更基本的粒子夸克。

那夸克或者电子是否还可以再分呢？答案是不可以。现在我们再回到前面的那个问题：什么叫做基本粒子没有内部结构？首先，我们需要纠正的一点是，微观世界中的粒子，并不是以我们想象中的微小的实心球这样的形式存在。我们用扫描隧道显微镜所看到的是一排排整齐的原子。

其实，并不是真正的原子。你看到的只是原子中的电子在量子遂穿时的概念。以电子为例，现在的中学教科书在描述原子核时，依然还是使用的行星轨道模型。这里的电子看起来就是一种实心球形状的粒子，并且在绕着原子旋转。甚至国际原子能机构的官方logo也是这样画的。

但是这种画法其实是错误的。你可能听说过一个词，叫做波粒二象性。事实上，真实的一个电子并不像一颗卫星一样围绕着原子旋转，而是像无数颗卫星的影分身，同时处于原子核周围的各个地方，并同时以各种各样的速度、各种各样的轨迹在绕着原子运动。你可以简单将其理解为一朵电子云。但它又不是单纯的云状物质，因为它还具有粒子性。

现在我们已经成功抛弃了脑海里球状粒子的印象。但问题是，基本粒子到底是个什么东西呢？其实在现代粒子物理模型中，基本粒子都可以看作是没有体积的点粒子。什么叫做没有体积？其实反过来想，如果一个物体占据了一定的体积，那它内部就必然还存在着什么别的东西，像电子或者夸克等基本粒子之所以没有内部结构，就是因为现代物理学认为他们都已经是一些抽象的数学结构。一个物体，只要它拥有2/3的电荷、1/3的单位的重子数、1/2的自旋和1/2的同位旋，再加上一点点的质量，那它就必然是一个上夸课。世上所有的电子，或者上夸课都是完全相同的，因为他仅有几个简单的数学量就能确定，因此再对他进行分割也就没有意义了。

你可能对完全相同这个概念还是不太理解。我们打个不太严谨的比方，它就像是数学上抽象的球体，或者abc这样的字母。世界上所有的字母a都是一样的。一本书由不同章节组成，章节又由不同句子组成，句子又由不同单词组成，单词又由不同字母组成。你问夸克是由什么组成，就像是问字母a由什么组成一样。他们已经是最底层的符号单位，已经代表的是最抽象的概念，无法再分，也无需再分。

看到这里，有的朋友可能会问：既然基本粒子都是没有体积的点粒子，那为什么原子又有体积呢？还是因为数学。前面说过，真实的原子内部其实是极为空旷的，它的绝大部分体积是由核外电子的轨道所贡献。而这些电子的轨道怎么排，以及电子在轨道上如何运动，由精确的薛定谔方程以及泡利不相容原理所规定，它不包含任何实质性的物质，仅仅是单纯的数学上的约束。正是因为这个约束，原子才拥有体积。

当你用手摸一个东西时，你的一切触感都来自于外围电子隔空的排斥力。所以在这个世界上，其实没有任何实体曾跟你发生过直接的接触。那电子又不认识泡利，他们为什么要听他的话？其实电子并不是要听谁的话，电子之所以这样，只是因为有个数学规律，规定他们必须是这样。而泡利和薛定谔的伟大之处只是发现了这个数学结构而已。

著名物理学家，麻省理工教授麦克斯·泰格马克坚持认为，你所看到的所有的力、热、声、光、电、磁以及我们的整个宇宙，都不过是某些数学结构的物理实体而已。甚至可能连实体也算不上，因为如果最底层的积木都是抽象的数学结构，那他们排列组合出来的我们不也还是抽象的数学结构吗？如果按照这个思路，那这个世界不仅软件是数学的，甚至连硬件从根本上来说可能也是数学的。那我们所身处的这个世界还是真实的吗？