在學過吳軍老師的科技史綱,聽完香帥的講座《笨蛋!一切都是貨幣》,就有一個沖動 用擺脫理工科思維的方式,通俗的講講科普,也寫一系列小小的科普文章。名字就叫《笨蛋!一切都是能量》
這篇引言是來自于著名的科普書《給忙碌者的天體物理學》,本想賣關(guān)子,放在這一系列的最后拿出來解釋為什么一切都是能力,可思前想后,一個是感覺,先拋出來一切都是能量,大家能在達成一致的前提下繼續(xù)下面的寫和讀,會更容易溝通;再者,自己沒大自信能把這個系列寫完,還是先給出解釋吧。
好了,下面是引述,讓它再次打開我們宇宙觀的認知,一切都是能量:
物理學家的觀測和計算結(jié)果是我們這個宇宙起源于137億年以前的一次“大爆炸”。
我們已知的物理定律只能從宇宙起源10^(-43)秒之后開始起作用 —— 這就是“普朗克時間”,物理學一共有四種基本相互作用:引力、強相互作用、弱相互作用(楊振寧先生的宇稱不守恒就是在這里做出的貢獻)、電磁相互作用。在普朗克時間之前,四種相互作用是統(tǒng)一在一起的,描述那樣的狀態(tài)需要把廣義相對論和量子力學統(tǒng)一在一起。
從10^(-43)秒開始,引力就脫離出來,單獨起作用了。那時候宇宙還是個直徑為10^(-35)米的一個小點,但溫度無比的高。
到10^(-35)秒的時候,強相互作用和“弱電相互作用”分開了。到稍微更晚的時候,弱相互作用和電磁相互作用分開了。
到一萬億分之一秒的時候,宇宙里有了粒子 —— 夸克和輕子已經(jīng)出現(xiàn)了。電子就是我們最熟悉的“輕子”。這時候宇宙里有夸克和電子,還有反夸克和反電子。2012年的時候,物理學家知道,在當時那個高溫條件下,夸克和電子都可以自由行動,宇宙就好像是一鍋夸克輕子粥。
這鍋粥里的主要活動是正反物質(zhì)的產(chǎn)生和湮滅。夸克和反夸克,電子和反電子一旦相遇就會湮滅并且釋放兩個極高能量的光子,而在這個時候宇宙的高溫之下,光子又會再產(chǎn)生正反夸克和電子。一個正電子剛剛產(chǎn)生之后,又馬上跟另外一個電子相遇,又湮滅成光。
這是一個非常有意思的機制。如果正反物質(zhì)總是成對產(chǎn)生、成對消失,那為什么我們現(xiàn)在的宇宙里都是正物質(zhì),沒有反物質(zhì)呢?出于某種還不為物理學家完全理解的原因,每十億對夸克和反夸克湮滅,會留下一個正夸克作為幸存者 —— 我們今天的世界,都是這樣的幸存者組成的。這些幸存者實在太幸運了,如果每個人都是早期宇宙中的一個正夸克,這就等于說今天活著的全體中國人中,只有一個人能幸存!
到百萬分之一秒的時候,整個宇宙已經(jīng)膨脹到像太陽系這么大了,溫度進一步下降, 夸克們會被三個一組束縛在一起,形成“重子” —— 也就是質(zhì)子和中子。
但與此同時,質(zhì)子和反質(zhì)子,中子和反中子之間也要不停地發(fā)生碰撞湮滅變成光子,光子再生成正和反的質(zhì)子和中子。正物質(zhì)的質(zhì)子和中子的幸存率,也是十億分之一。
到一秒的時候,宇宙已經(jīng)膨脹到幾光年這么大了。更低的溫度使得質(zhì)子和中子被結(jié)合在一起形成原子核,其中90%是氫原子核,剩下的10%是氦原子核,其他元素極少,都可以忽略不計。
這個時候,光子溫度只夠它產(chǎn)生正電子和反電子,但是電子和反電子之間也在不停地發(fā)生湮滅 —— 同樣的道理,因為十億分之一的幸存率,最后剩下的全是電子。
等到宇宙年齡是三十八萬年的時候,溫度低到讓所有電子都被原子核捕獲,變成氫原子和氦原子。
到十億年的時候,這些原子在引力的作用下結(jié)合在一起,就會變成恒星,然后這些恒星又會組成星系。那個時候,我們已經(jīng)有了一千億個星系,每個星系里面會有幾千億個恒星。
其中有些比太陽大十倍的恒星,在高溫高壓之下,可以生產(chǎn)一些更重的元素,比如氧和碳之類。這些恒星最后會爆炸,重元素被傳播出來,散布在整個宇宙之中。正因為這樣,今天我們才會有這些重元素,否則宇宙中就幾乎全是氫和氦。
又過了九十億年,在宇宙中某個不起眼的地方產(chǎn)生了一個不起眼的恒星,這個恒星就是太陽。太陽所處的位置正好有很多重元素構(gòu)成的氣體,這些氣體在引力作用下慢慢凝聚在一起,形成了行星。
其中某一顆行星,距離太陽不遠不近,正好允許液態(tài)水的存在,這個行星就是地球。此后又經(jīng)過無數(shù)機緣巧合,地球上有了生命,生命演化,最后終于有了你。
有個著名的說法說,我們每一個人都是一億分之一的幸運者。這因為當初精子和卵子結(jié)合,是一億個精子中只有一個最終能進入卵子形成受精卵,在這場競爭中,我們每個人都打敗了一億個精子。
但是你想想宇宙的起源!我們的幸運度其實比這要嚴重得多 —— 構(gòu)成你身體的、你周圍環(huán)境的每一個原子,都是這么幸運。每一個原子身上的每一個質(zhì)子、中子、電子,都是正反物質(zhì)湮滅中十億分之一的幸存者!
我們都是能量的聚合體,一切都是能量!