物质的本质是什么?物质是怎么发生的?

 师资体系     |      2021-09-09 10:01
本文摘要:物质的本质其实“物质的本质”和“物质如何发生这两个问题”是可以看成是一个问题。如今关于宇宙起源的主流理论就是宇宙大爆炸。 而支持它的证据主要有如下三个:星系红移;氦元素品貌;宇宙微波配景辐射;客观地说,关于宇宙,科学家知道得许多,但正是因为科学家知道得比原来多得多,因此,科学家发现自己不知道得更多。确实,我们不行能也没有措施打包票说:宇宙的起源就是这样,可是现在的大爆炸模型已经和现实拟合得很是完美。因此,我们临时把宇宙大爆炸看成就是事实。

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物质的本质其实“物质的本质”和“物质如何发生这两个问题”是可以看成是一个问题。如今关于宇宙起源的主流理论就是宇宙大爆炸。

而支持它的证据主要有如下三个:星系红移;氦元素品貌;宇宙微波配景辐射;客观地说,关于宇宙,科学家知道得许多,但正是因为科学家知道得比原来多得多,因此,科学家发现自己不知道得更多。确实,我们不行能也没有措施打包票说:宇宙的起源就是这样,可是现在的大爆炸模型已经和现实拟合得很是完美。因此,我们临时把宇宙大爆炸看成就是事实。那么,其实许多人就会有疑问了,宇宙起源于奇点,奇点有三个特点:温度无限高;密度无限大;曲率无限大;然后奇点发生大爆炸,宇宙空间急剧膨胀。

这爆炸历程中,其实一开始,宇宙当中主要是以“纯能量”为主,并没有物质。那厥后宇宙中的物质到底是咋来的?这确实是一个很好的问题。那这个问题到底是咋回事呢?其实,我们要从物质的本质(本源)出发,关于物质到底是由什么组成的,从科学萌芽开始就陪同着整个科学的生长。除了从“形而上”的角度去思考“物质的本质”,学者还找到了一条“寻找组成物质的最小组成单元”的角度去探求“物质的本质”,而科学其实就是沿着这一条路在前进,上个世纪,科学家通过加速器找到了100多种粒子,厥后,到了上世纪50~70年月,杨振宁、温伯格、希格斯、费曼、盖尔曼等众多世界顶级科学家的一起努力下,在狭义相对论和量子力学的基础上,科学家获得了粒子物理尺度模型。

在这个模型中,他们把基本粒子分为:费米子和玻色子。费米子可以明白成组成万物的基本粒子,也就是说,如果你有一把神砍刀,然后你把物质一直对半砍,砍到最后的效果就是这类基本粒子,再往下砍都砍不动。这些费米子就包罗了:6味夸克以及它们的反粒子,电子和电子中微子以及它们的反粒子,μ子和μ子中微子以及它们的反粒子,τ子和τ子中微子以及它们的反粒子。

(这里增补一下,质子和中子并不是基本粒子,因为它门还可以再分成夸克) 玻色子可以明白成通报相互作用的基本粒子,我们都知道自然界中存在四大作用,强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用以及引力。科学家通过实验和理论的联合发现,在众多波色子中,胶子和介子通报强相互作用;Z玻色子和W玻色子通报弱相互作用;光子通报电磁相互作用。希格斯玻色子赋予种种粒子质量。至于引力并没有统一到粒子物理尺度模型当中。

也就是说,如果我们要问物质的本质是什么,那根据现在的理论来说,就是费米子和玻色子的荟萃。而关于物质是如何发生的,其实本质上,我们可以明白成这些物质粒子是如何发生的。

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物质粒子是如何发生的?我们可以先直接给出谜底,这些物质粒子是撞出来的。宇宙大爆炸初期,温度超级高,其时确实是“纯能量”的情况。在这样的情况下,有大量的光子。

辐射的两个量子或者说光子,是有可能会发生碰撞并消失的。它的能量和动量会发生两个或者多个物质粒子。口说无凭,许多理论还是要靠实验。

事实上,科学家也确实是在高能物理实验室中间接地观察到了整个历程。那为什么会泛起这样的事情呢?爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,质量里另有能量,能量里另有质量,因此,处于静止状态的物质粒子也存在“静止能量”,我们可以通过质能方程E=mc^2盘算获得物质粒子的“静止能量”。也就是说,能量和质量其实是一回事,它们的对应关系是E=mc^2。

当两个光子正面临撞时,两个光子如果要发生质量为m的两个物质粒子,那就得保证每个光子的能量必须大于或者即是每个物质粒子的“静止能量”(在这里就是mc^2),多余的部门其实会提高物质粒子的速度。如果光子能量不够,那就不会发生发生物质粒子。那到底需要什么样条件才气获得足够能量的光子呢?我们可以拿电子来举例子,电子的“静止能量”是0.511MeV,也就是说光子至少也要到达这个能量才有可能发生电子。

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科学家通过盘算就发现,在阈值温度为60亿度时,光子就有很大的可能性获得这个能量,所以,如果宇宙大爆炸初期能够到达这个温度,实际上就能发生电子。上文也说到了,宇宙起源于奇点的大爆炸,而奇点的温度就是无限高的,从大爆炸开始,到达60亿度并不要什么难事,因此,在宇宙大爆炸初期物质粒子就已经开始形成了,而主要的方式就是光子对撞。不仅电子可以通过这样的方式,实际上,中微子,μ子,介子等也都可以,下面就是差别粒子对应的静止能量和阈值温度。

关于“物质的本质”和“物质是怎么发生的”,我们就说到这里。


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