宇宙的演化1——粒子的世界

? ? ? ?今天是第一天交作業,但是我想寫的這個主題卻已經是想了很久,在接下去的七年,我可能會花很多時間來寫這個主題。因為我很好奇,也很疑惑,這個世界究竟是什么?他是怎么演進的?我們人類又將跟隨這個世界走向何處?我的思考也許只是一個門外漢的臆想,如果有錯誤的地方,希望真正的專家能幫忙指出。

宇宙三元素:物質、能量和信息

? ? ? ?世界是什么?如果用最簡單的詞來概括,他可能包括三個方面:物質、能量和信息。但是根據愛因斯坦的著名方程E=mc^2 ,物質和能量其實是一回事,質量可以轉化成能量,能量也可以轉化為質量。或者說物質包括質量和能量兩種形態。在大爆炸之前,也就是大概在137億年前,那個時候還沒有宇宙,當然也不可能存在任何物質,也沒有空間和時間。因為空間和時間是用來表達物質存在的狀態和變化的,物質從一個地方到另一個地方,我們說在空間上發生了轉移,而中間經歷了一段時間。但是,如果沒有物質,又哪里來的空間呢?又如何衡量時間的流逝呢?

? ? ? ?我們現在知道,我們所能觸摸到的所有物體,包括我們的身體都是由原子組成的,也就是說,組裝成其他動植物以及泥土和巖石的零配件,同樣也是組裝人類身體的零配件。我們并不比腳下的土地更高貴一些,因為我們來自同一個東西,而最終也將變成同一個東西。當我們向四周張望的時候,不禁要感嘆,世界如此五彩繽紛,到底是誰組裝了這個世界呢?

? ? ?? 人是一個復雜的物件,它由許多器官組成,而器官由一堆細胞組成,這些似乎區別于地上的塵土,因為他們是有活性的。但是細胞由什么組成呢?科學家告訴我們主要都是一些蛋白質、核酸、脂質無機鹽和水等化學分子。這些分子和生命有關,是組成生命的元素。如果把這些元素繼續拆開,便可以最終還原成一堆原子。我們在中學科學課本上都學過,目前已知的化學元素有100多種,但是在地球上存在的只有90多種,而組成人體的元素就有60多種。也就是說,地球上的元素絕大多數都能在人體中找到。當然,人體中擁有最多的元素還是碳、氫、氧和氮,合計約占91.6%。

碳原子的結構

? ? ? ?人類的好奇心是永無止境的,我們知道了原子就一定想知道原子是由什么組成的。就拿人體中最多的元素C原子來說吧,它里面有6個質子,6個中子和6個電子。但這是標準的C原子,或者叫C12,也就是說質子和中子的數量加起來是12個。C13比C12多一個中子。科學家可以利用C12和C13的相對含量來推測地質年齡。質子和中子是緊緊地粘在一起的,共同組成了原子核,而電子卻是遠離原子核,四處出沒。我們在中學課本中都學過元素周期表,原子核中中子和質子的數量大小就決定了這個元素的種類,同時也決定了這個原子的化學性質。

? ? ? ?到目前為止,我們的頭腦還是清晰的,沒什么難以理解的地方。但是,如果我們試圖進一步弄清楚,質子和中子中有什么,那么我們的頭就要變大了。躲在質子和中子里的是夸克,而且,我們現在已經知道的夸克有6種。然后你就會發現自己進入了一個粒子娛樂場,各種叫法奇特的粒子有60多種。種類多還不是最讓人頭痛的,一旦進入粒子世界,你就會發現自己似乎進入了愛麗絲的夢境,我們多年積累下來的常識全都不管用了。因為你會發現這些粒子有的是有質量的,有的沒有,而且他們名字雖然叫粒子,可事實上他們也能表現出波的特性,再加上量子糾纏這種鬼魅一般的現象,足以讓我們目瞪口呆,大呼“見鬼了!”

? ? ? ?所以,還是讓我們退出粒子世界,以便用日常的思維來思考一下這些問題吧。我們宏觀世界中的萬事萬物都是由這些似鬼如魅的粒子組成的,但是,這些粒子本身是物質嗎?因為它們有的像一陣波,有的還沒質量,而且還會表演不可思議的神跡。就像前文說的,如果我們把物質理解為質量和能量兩種形態,那么,這些粒子的確也可以認為是物質,而且是最小物質,是組成其他所有物質的物質。但是這些粒子又是從哪里來呢?

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