公元前六世紀,古希臘哲學家、米利都學派的泰勒斯認為萬物的本源是水,因為水能以液態存在,也能以固態或者氣態存在,并且當洪水退去,平原上長出各種植物,雨水過后昆蟲成批涌現,一切都來自于水,泰勒斯認為除了水以外,還有火、土、氣等元素構成了宇宙萬物! 也許大家不知道的是,除了這四種元素以外,亞里士多德還將以太作為列為第五元素,而且以太說的絕對參考系還影響了科學界300多年,一直到邁克爾遜·莫雷實驗判了緩刑后還掙扎了幾十年,到最后又在網絡界復活,成了通訊最前沿的以太網! 萬物都有起源嗎?也許我們得從宇宙的誕生開始說起! 宇宙來自于哪里?萬物的范圍實在是有點廣,以至于將整個宇宙到包含在了內,因為從廣義上來看,時間、空間和所有物質都是萬物,要考證這個來源實在不是一件容易的事!但我們這個時代的圍觀群眾非常幸運,因為難以計數的科學家已經在這個問題上為我們找到了答案! 牛頓在回答一個關于宇宙大小的問題時,他理智的選擇了宇宙是無限的,因為在一個有限的空間內,他發現的天體間萬有引力將會使所有天體都趨向與一點,而無法形成像現代這樣的大千宇宙! 奧伯斯在考慮宇宙起源的問題時,他以星光還沒有足夠的時間到達地球為由,推測出宇宙有一個有限的開始時間。 從十七世紀到二十世紀初,天文界對星空的認識突飛猛進,但對于宇宙的起源仍然一頭霧水,這還是愛因斯坦的廣義相對論應用到宇宙學上之后的事情。愛因斯坦從廣相的引力場公式中發現宇宙是動態的,為了和傳統的靜態宇宙論保持一致,他在引力場公式中加了一個宇宙常數Λ,但在十多年之后后悔不迭,因為他本來有機會在1917年就計算出宇宙是膨脹的。 蘇聯物理學家弗里德曼也在史瓦西計算出黑洞后,從引力場方程中挖到了金礦,他假設宇宙各向同性從而推導出了宇宙的形狀,發現宇宙在絕大部分條件下都是動態的,而勒梅特在獨立條件下取得和弗里德曼一樣的結果。 而通過十幾年觀測的哈勃則得出了一個結論,遙遠的宇宙都在遠離地球而去,并且他測出了這些天體離去的速度,約550千米/秒·百萬秒差距,當然這個數據是錯誤的,現代普朗克衛星測定是67.15千米/秒·百萬秒差距。但這并不影響哈勃的偉大,局限于當時的觀測技術,這已經難能可貴了!而且這并不影響他發現宇宙膨脹的正確性。 由此推測,在很遙遠的過去,宇宙曾經在很小的一個空間內,因此宇宙誕生于一場大爆炸的說法逐漸開始流行起來。 伽莫夫則根據大爆炸的推測出了太初合成理論,這是萬物開始誕生的節點,各位可以做個標記,等下會再次提及,拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼則理論上預言了宇宙微波背景輻射,這一切似乎都做好了鋪墊,就等著微波背景輻射在1964年被發現。而突飛猛進的射電觀測技術則證明了原初物質的豐度和理論預言非常相似。 宇宙真的誕生于一場超級大爆炸。 宇宙的物質是怎么來的?2011年中美合作的RIHC曾經作過一次超級金原子核的對撞實驗,撞擊能量達到了史無前例的175百萬電子伏特,約合2萬億攝氏度,這是人類達到過的最高溫度,即夸克和膠子的相變溫度,往上就是能量狀態,往下就會結合成重子,形成質子和中子,成為物質! 這個相變溫度大概就是宇宙誕生約10^-11S時的狀態,這已經是科學界努力的極限了,未來也許會達到更高,但我們相信永遠都到不了普朗克溫度,也就是宇宙大爆炸時達到的溫度!這個差距就是理論物理所能發揮的極限空間!下面我們簡述下物質是怎么來的:
接下來就是宇宙的黑暗時代和未來的恒星時代,而更多的物質將通過恒星內核的質子反應鏈和碳氮氧循環被生產出來,規則很簡單,就是不同的質子數(元素序號相關)和不同中子數(同位素相關)的組合,遵循如下順序逐漸合成: 氕→氘→氦-3→氦-4 → 鈹-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 鎂-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56 等內核形成鐵核之后,恒星將會在超新星爆發中結束一生,而在超新星爆發之前的紅巨星時代,內核會通過慢中子捕獲形成重原子核,而在超新星爆發中則會通過快中子捕獲誕生重元素!但更多的重元素則需要在中子星合并中才能誕生,這些物質構成了宇宙萬物的本源。 接下來就是原子之間的電子交換構成各種化合物了,這就進入了化學反應時代,再往后將會進入生物化學時代,最終到生命誕生,能光合作用的藍藻誕生,從單細胞到多細胞,從植物到動物......從萬物到生命,從生命到文明,未來是走向超級文明還是窮途末路,都在人類腳下! |
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