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最难的问题是,宇宙中所有的物质是如何产生的

 林小霖 2018-09-18

自从人类具有理性思维以后,冥冥星空便成了人类注目的神秘之地。无限的宇宙,蕴藏着无数未解之谜。我们的祖先曾经用许多美丽的神话来解释一些他们当时无法解释的自然现象。关于宇宙的起源,有这样一个传说:起初天地没有分开,活像一个大鸡蛋。在这个鸡蛋里睡着开天辟地的鼻祖——盘古。盘古在鸡蛋里睡了一万八千年,才不断长大了。

神话终究是神话。科学家们为了揭开宇宙形成之谜,进行了大量的研究,提出了种种假说。本世纪20年代,天文学家J.E.勒梅特首先提出“宇宙是由一个非常小的物体爆发而成”的看法,40年代,物理学家乔治·伽莫夫把这个爆炸叫做“大爆炸”,建立了“宇宙大爆炸”学说。

“大爆炸”理论认为我们的宇宙原是一个不大的、但密度极高、温度极高的火球。如果把现在生成的地球比喻为一只乒乓球,那么宇宙的圆球直径就好比足球场。大约在150亿年前,这个原始火球突然发生了惊天动地的大爆炸,把物质抛向四周,从此产生了宇宙。

宇宙大爆炸理论认为,在宇宙大爆炸发生前,宇宙是不存在的。那时,没有任何物质,时间和空间也没有意义。有的只是量子真空零点场和弥漫于量子真空中的真空零点能。

当量子真空演变为闵可夫斯基空间时,真空零点能发生了实体化,从中分裂产生出正负能量。其中的负能量回归真空零点场,正能量则通过爱因斯坦的E=mc^2,产生出正负量子对。就是说,能量(E)过于集中了,就产生出了质量(m)。但正负粒子对会随即相互结合并湮灭,回归为能量。

可是由于宇称不守恒原理的存在,在正负粒子对产生时,正粒子比负粒子稍多一点。于是在粒子对湮灭时,有十亿分之一的正粒子剩余出来了。正是这多余出来的粒子,构成了质子、中子、电子等基本粒子,并在宇宙大爆炸极早期的高温高密度下,产生出了最初的原子,就是一个质子与一个电子组成的氢元素。随即又发生了氢聚变为氦的反应,但反应持续的时间极短,只来得及把宇宙中的氢中的23%聚变为氦,宇宙的膨胀就使物质密度和温度都下降到反应不能发生的程度了。

从我们经验来说,物质总是互相作用在一起,形成互相围绕地,不停旋转运动的,相对独立的系统。小到微观粒子,无论哪个层次,都结成一个互相围绕的,相对小的体系,然后是各个小的体系又互相围绕形成较大体系。这种物质生成形式,或存在模式,一直到星球、星系…次层。

再看物质分割,星球等宏观物体碰撞四分五裂,其实主要是物理上的分割,掉下的“渣”应该叫“能渣”,就是动能的释放;到原子碰撞时,其实就是起化学反应,掉下的“能渣”就是光子,而且是从电子到原子核之间的时空中“掉”出来的;到原子核碰撞时,其实就是核反应菜叶网,掉下的“能渣”就是玻色子或无静质量的“能量子”。而且,目前看,还存在孤子,磁孤子、电孤子、光孤子形式的“能量子”,如,马约拉纳费米子、外尔费米子、斯明格子等等,另外,更奇特的,声波也可形成“子”,即声子。

总之,物质存在的基本形式:费米子互绕运动,玻色子“粘合”在其中。物质碰撞只是玻色子从时空中被“释放”出来,费米子数守恒。微观体系的费米子互绕运动形成了旋量,这个旋量不是矢量,而是张量,而且随着体系的更深层,其上的旋量张量变为更高阶形式的张量。这时,碰撞释放出的玻色子应当就是这个旋量表达式形式。

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