奇怪的魔炉（一）：

个风雪交加的的户外进入屋里，什么？”事是在一你最想做的一件“夜晚，当你从寒冷

落坐下，火炉或暖气到被窝里去。”会找个温暖的旁边，要么躲角“我可能

“假设火炉里没有火呢？”

“那我就找些燃料，木头或煤什么的，把火点燃。”

是感觉温暖一些火“呢？”点燃后你是不

的柴“是的。如果我还感到火。冷，我就会向炉子里添入更多”

“有了更多的给吗？”你更多的温暖温度不断上升，提供燃料，就会使炉子里的

如想是的。噢，对了，炉壁也许会烤化的。“我”果温度上升的太高，

们设想有一个。”，现在让我“好了化的炉子，可以让炉炉壁永远烤不子里的温度任意升高

炉子只有神话中“啊，有。”这种的魔鬼或巫师才拥

始状态，比方说魔炉在让我们给这个一个初前的温度为２０“现℃。度是怎么回事吗？”积为１００升，加热，炉膛的体对了，你知道温

粒子的运动速度子或分表明原子或分。温，不停地四处运动子会不安分起来。“我的课子运动的本上说，当物体被加热时，它的原能量多少而已度越高越大。温度只不过是，这些”就会

让我们全部抽光，让炉子里什么里的空气也没有。‘什么都没有。”任何物质现在炉“你学得不错。膛’的意思是指没有把

”炉子里面是真空的？“你是说

什么事情？“对。现”在开始加热，猜猜看会发生

真空“我猜想炉子里将了。”不再是

子会不断地向四周确。这时组成炉膛辐射电磁个炉膛。”的原波，其中包括了光“完全正子，充满整

光子，它”“喂，等一下，什么叫和光有什么联系吗？

不断地照耀着子和质子的区别是，受到的光似乎是连续同子没有静止。不可能察觉这一份光与的概念。我想你个不容易被人们动的速度非常快，做一个光子它们的质量不认识的其它一“光子是一定的量进行的。也光是一种电磁波。虽的质量，但是光就是说，，但它具有能使我们已经知道，。光子与人们质量下一份光的时间间隙我们的头万物，但实无论是质子或电子，，光的传播是以一量。”所地落在光是一份一份只是一份光的量非常微小，运理解都有自己然日常生活中，我们感些粒子，如电际上。科学家们把一份光叫上的。

粒子存“我很难想象有这样的在。”

，也很难想象存在。然而，光子粒子的于把这些微观大多数。这说明人们更习惯的确，绝恰巧是一种没来，人们往往有一种有静宇宙中存量的形式存在也物体的一中，一个物体的质量也“平方的乘积。在爱，但是有能量的粒子的世界联系起行为与宏观因斯坦的物理世界入之见，即能量必须是止质量，但有一单独许知道爱因斯坦的著先量与光速名公式，能量等于质部分，而不能人与你一样有质量的的能量。因此光子以能着没有质量就不奇怪了。”在定能量的粒子。你就好像是凝固

有关系吧。”些明白了。光子既然是“我有运动的能量，它同温度应该

子里的一个电子。”正电子和中充满着光子气体，而拥有很高能量度达到“是６０亿度时，。大量的光子由于魔炉中且气体的能量是持温度的升以理解为炉膛无温这样。还是让我们回到两个高而产生，可的光子在碰撞时，会续上升的。当炉地产生一个中生有

？我的物理课本中说电子带负电荷。”？电子也有“什么带正电荷的吗

。于是，他对安德松里拍摄的粒子轨道照的反物质相子米利肯也感到迷片。突然带电荷的轨道，但是给这种，迹初看上去后，晨，它的质量与电的现象，有一种子命名为正电子。这这种粒子种粒子很像带有正电在观察云室的特性，比如它的电大型云室。当说那不过是普通的子穿过云室时，尾部荷的电子。接下来轨道不同的弯曲程度推一条像各种粒继被人们找到。第一种反物质。此云室中设置一个磁场，子惑不解，他又的粒子在经过时就一种奇特出粒子本身子。。于是，安德松当他把这一发现报质子的轨迹。但过后像往常一样一样，但是带有正电荷似的痕迹。如果算要提到反物质会发生偏转，轨道呈弯曲状。这了。在趣，他的助手卡尔?肯对就像电子３０年代初，美国的罗０世纪样，就可以根据粒子利性。1是人它的弯曲程度又与粒子的痕发伯特?米不久，米利肯便承认”是个重大发现会留下宇宙射线的研究产生的是一种新的特殊粒子粒现了一些同样轨迹的粒２喷气式飞机了许多的照片，并设计了一座告给米利肯时，“噢，这就电子有差异，这安德松为了进行研究，高空飞行时喷出的羽烟，安德松发现，安德松开始了一天的了浓厚想给安德松有所解释的兴类发现的932年8月2日清工作，他粒他发现了，他又研究

各种粒子都有反物质吗？”“组成我身体的

们生活的世界物质极少，不要担心然，如果你与一个反中，反“当物质的你相撞，你就。”烦了。不过我麻

的我就吗？它可是不带电“那各种粒子也包括光子放心了。你说的。”

当一个粒，互相消耗对方，子，即光子本身。接近它的，会发生爆炸子也有它的反粒同归于尽。”“是的，光反粒子时子

的质。”，物质是不灭的，它？可是我的课本里说下来吗子就消失了，什么都没留为另一种形式的物物质转化“你是说两个粒只能从一种形式

碰撞时，物质会在“课与它的，但同时会有两个光子诞生湮灭’。举个例子来说能量的形式了。”通常称两者会发生‘子反粒，当电子与正电子爆炸中消，也就是说，子相遇时，科学家本是对的。粒物质转化为失

以转化为物质的形式反过来，能量也可喽？“那么”

物质的能量“你真聪子中了。两个光子在达到很时，碰撞会产生出一个电子和一个正高，这的例子。”明，我们又回到炉就是能量转化为电子

更多“太会如果我给炉子产生升高炉子的温度，的燃料，它里面”就会产生反物越来越多的反物质。有趣了，不断地质。就

而生成两个光子。能中的一种平衡状态。当两个电子时，同时会有一子撞击产生电子和正“理论上是”量的转化就达到了到60亿度时，空间达光这样。当炉子里的温度物质与灭个电子与正电子发生湮

“现在，炉子里有电子、正电子，还有光子。”

量的数万分之一。中模生反0年代发现的物体，比方说中微子。当一个电子和般都是产很轻，大概只有电子质和一的，它跟中子一样，不”微子有一个性质很特质的能量交换特别弱量生两个光，因此它“还应但在少数情况下，它子。中微子是2微子们会湮灭为一个中带电荷；它的质太阳或地球，但是几湮灭时，一子。乎不会与物质发一个正电子互相中微个反应。殊，它与普通物该加上中微子和反可以穿过较大规0世纪5

“真家是个怪伙。”

“好了，现在让我们个过程已经在大型加了100倍时，家伙被烤‘化’了，产生世中子的命温度到1又增加们观察到了。然而质长久，当万亿度。这时，出质子/反质子或的湮灭可以子/反中子对。两个光子或一个电的魔炉的温度增加质子和中子这些微观子与一个正电子中这子。”运并不速实验室中被人取代它们的是夸克和胶界里的大子与

是整数克的文章。质子或上看到过介绍夸3个夸克组成的，而是由中子且夸克带的电荷不“我在科学杂志的。”

种带2/3个子使夸克紧密地靠在一起，共同组成了一个电荷。为了个质子或中子。”“看来你懂得不少使3个夸克和睦粒子起，质子中还有另一种分两种，一微观世界的知识。夸克电荷，另一种带1/3相处在一，这就是胶子。胶

“听起来很奇妙，但人们在实验子和室里发现胶夸克了吗？”

“很遗憾，至今人们程中，有时理论跑里是让我们清点一下由粒子光胶子真正列理论世界里在实验的前面，有时又炉膛察的自会被还未的东西吧，电子、正电子、子、中微子、反中微为可以直接观子、夸克和胶子。”。在科学发展的过前还生活在实验甩在后面。还。夸克和胶子目能将夸克和

“看样子您火了。”又打算向炉子里添柴

拥有一种特殊的柴火。现在温度计的刻燃料，这是在实验室中永远塌，科学家是这样说过既的。”然我们的炉子都是想象是不可能提供也不会产生度达到了1万亿亿亿度如此高温的。不也没什么奇怪的认为‘的温度，因为理论上此时念都将彻底崩的，“哦，普通’时间和空间的概

会被烤‘化’”。和空间也“原来时间

“让我了这个温度，所么，仍是个未知什’，数，也许到意义的。”终停在1亿亿亿亿度。在这个温度下会发生度高温的王国中是没有们的魔炉的温粒子的概念在如此超有的粒子都会被烤‘化最

温度时间、空间和各种粒子我所能理解“噢，不要在谈论升高不是的世界。”，这了，没有

（二）：魔炉大爆炸

炉壁去掉。最后一步，把“好吧，让我”们进行实验的

我还是躲得越远越好。会发生巨大的爆炸的。！这样“噢不”

去吧我会把炉子搬到很，而且是200亿年前度远很远的地方去。那就，的安全安保证我们把它送到星际空间到月“这种爆炸的烈亮上的星际空间中了吧。”。现在你感到去都没有用处。为了全，即使躲

在颤抖。”现在我还“感觉不到大地

力和温度的降低西’—“万分危险子和中子。制，以光们叫这种东西为‘去掉炉壁，放出加热到”了转化出来的质子体立即被封闭住的炽热的等离很短的的实验开始了。的速度向外飞散等离子体’。原先，引起了爆炸。在1亿亿亿亿度的‘东，等离子体中出现失—科学家时间里，由于压去了控

“这是刚才升高温度的逆过程。”

使许多粒子诞子。”生出来，比方说——电“对，温度的下降

么奇怪的。”“这没有什

然有了质子和电子，的一些这是一个十分重要的过另外物质。”程。爆炸后的尘埃中既就会产生出“不，

“让我想想，一个电子和一个质子结原子。”合。啊！是氢

出了重要原子。”“是的，是氢的物质—氢虚空’中、从纯能量中这样，我们便成功地原子。从‘‘制造’

的一切物质，种元原子是产生其它各“氢爆炸产生素的基本原料，难地球和我们道说，这样的一场”人类银河了宇宙中系、太阳系、吗？

的一果你愿意耐心听，我乐意把论是最流行的。如学家中这种理。”种理论我们谈论的内“刚才，就是关于宇宙诞生——大爆炸理论，在科容宇宙诞生更详细地讲述

“让我们现在就开始吧。”

敢妄下这个阶段，科学家还不大于魔亿亿亿度的时期，对于结论一阶段，也就是温1亿度，谈论有关的细节。”“宇宙诞生的第炉的最高温度

不知道的东西。可以原人类总是有谅。”“

”子的能量大大降低了。质。在宇宙中充子等都在这个阶段产了。第三个阶夸克、段温度继续电子、中温度下降到刚才的1/“第二个阶段是此时生10000的时期，下降到100万亿度能量产生出物以下，各种粒满各种可能的粒微子、光子、胶子，

“能量的产生的高低和物质有关系吧？”

100000时间过程是瞬间的，宇宙中含有电子、。而夸秒。此时夸克、反夸克内，某些反应才会子。”和胶子便开诞生后的1/个阶两个光子灭，夸克，只有在时间。此后进入到第四/1000秒年龄的克一定的能量范围第三个阶段又被“是的，质子和中子的诞生正电子、光子、中始大量毁段的湮灭，发生。前三00000秒的个阶段——质只有产生出两个光子或夸克的相遇导致了与胶子的相遇使微子以及质子和中成为可能。因此，1与反胶子的湮灭也能转化出电子与反电子对，两个0秒到1/1000子时期，从宇宙ፔፓ称为夸克冷却阶段

快地运动吗？”“这些粒子还在飞

低。10亿度左右。”度逐渐下降到进入到第五个阶段，随着温度的迅速降“以光速运动，并伴/1000秒到10即10秒，宇宙的温

“。还是很热，但然同炉壁刚撤去时还是凉快多了”虽

0秒到30分钟。的，当然在第五阶段结束，产光子。湮灭辐射的宇宙，最重要的，还有质子0亿度子和中微子构成过程是电子和正电子的生了大量的时，宇宙是由约1段从10”和中子。第六个阶“第五阶段被称为的光

“啊！宇宙此时只是个出生半小时的婴儿。”

当氘粒子相互之间碰撞撞的结果会产生氢子是一种稳定的毕竟是能够一定的能量加入，就子和一，宇宙的温个中的粒子——氦核。”成并不时，很容粒子，核的一种——氘。氘粒度下降到9亿度，质子和中子的碰撞三分现象开始会使它很产生的。不过宇宙钟后时容易地蜕变为一个质频繁出现，碰子和两个中子组易形成一个由两个质“子。

“氦我素。氦核的存在是否会产生更多的粒子呢？”第二号元它是元素周期表的知道，

温度使质子和氦0分钟到10电子、质宙中的从而形成了力捕原子时代，宇间里，结束时，宇宙中的或氦原子。捉在它们周能够借助引子构成。”“是这样。物质由氢原子和氦原万3从宇宙诞生后的地子年的时围因此当第七阶段子和氦核不断0相互碰撞，宇宙进入了氢原运动的电子，核

一定诞单了。从氢原子和氦原子的组合中生了现在世界里的各种元素。”“接下来就简

际间的尘埃相先是产，它们有的只不过是昙，物合，产生时，宇互凝集在一起，形了行星，生了恒星和星系花一现，有的则存了十几仅是由成了星系、恒星的，但是从那以后一直一种热的氢了千姿百态的形式，形展的第八生于宇宙之中。”久；在到的亿年，生命诞八阶段刚刚开始成结构变得越来越复宙仅前，星杂，距今大约50亿年“你说的正是宇宙发个阶段产生的阶段，从100今天我们谈话时，宇宙和生命。在第。万年到200亿年在的很长原子和氦原子气体构成又过地球也是在这质在这个阶段相互组

样说，宇宙“是不是可以物质世律之转，所有的一有它固定的规律，一切都是命中注定的。”界都在这些规这切下运

物——星系、行星夸克构是这样的。200亿进而世间的万年中产生组合构成了时就决定了，和演化来说的产生后诞和生命。”了变出原始的粒子演夸克，和中子，“从宇宙所发生的事情，在宇宙成了质子的起始点—大爆炸生并堆，的确积成各种元素，元素的原子核，原子随

而且还掌握了一些可就无能为力吗？人类毕竟是挥威力的知识和工具“难程。”人类的轨迹道人类在这个过程中。冰的发展过考的生命，也许并不是以发完全从属于宇宙的冷冰一种会思

宇宙发展你，人类目前同整个是多么通一环，还是改变宇奥秘相比，又到底是要属于哲学讨论的领域了。人类宇宙相比武断的醒问题来一个猜想，但我要渺小；同宇宙中无尽的轨迹的终极力量呢？结的话题。我不想对这个宙演化，是如此的这是个复杂而有趣普论或虚无缥缈的的无知。”提“这可能中的

（三）：宇宙爆炸的余烬

显了大爆炸的？人类在200亿年前发生然在大爆炸之后。”案，你还是回答我另现吧：科学家们是如何我并不急于知道答前才出现题“这个问只是在几百万年一个问题知道宇宙的，而生命的出

。国的贝尔电话公司实天文学家是不会满足于“这就说来话长了。两位天文亚斯，另一学家的任务是改装一在就太卑微了。两人想用位叫罗伯特?威第一颗广播卫星进行无完全为了商2这台大天线搞一点钱的，科学如果业的目的而存尔森究宇宙射线。”‘副业’，用来研0天文学家，一个是阿世纪60年代初，美完成一项商业目的、挣验室雇用了两名年轻的一点零花线电通讯。然而同台巨大的天线，用它来尔诺?彭西

“他们一定发现了什么。”

体辐射出的声。波。这种无线电4的物线是温度为3k射线。什么方向，都能接们在7.3噪声出现并不奇怪“196长为7.35的现象。他你知道3k于多少度吗？”5厘米的波长上发电噪在接受信号时会有和威尔森发现了一个。电波的产生寻其源头，似乎收到这种波线的指向无关年春天，彭西亚斯声似乎与天，厘米的无线电很强的无但是似乎不论把这台精密的天线对噪准非常独特现了相当

3k应该等于摄氏度，它的最低温度0k刻度单位。”“让我算算。你所说是一样的是摄氏温度的零下零下270度273度，由，因此于两种温度的的3k是指开氏温

很热，。背景辐射来源于‘子，这些光的射线。”，这种射线出，宇宙的原始状态是开始并提子的混合物，大爆炸出夫提一个奇热无比的核粒家发现的无48年的一篇文章中的无线电射线存在于宇发“完全正确。人们把两，因位天文学波背景辐射线电波称为宇宙微宙中胀引起的。伽莫夫大爆炸产生的尘埃中肯定会充满大量的光。‘热爆炸’理论来的。他在19子还将会以均匀为如果宇宙起初物体所辐射现的原子也就是当时认为，今天人们在地球热爆炸’理论，是那么宇宙由乔治?伽莫是由混合物的迅速膨相当于10k温度的家所接受不为天文学宇宙中上和

没有发现这种辐射，是吧？”“当时的人们并

的，人们在彭射线的温度将只余音是越来越弱类还存在的话，爆炸的余音。宇宙的5k。层之外线电射线就是宇宙大斯和威尔森发现了宇“对，因此‘热爆炸’理论也就不为所测得的宇宙背景，人们明白，这种无，其中包10亿年后，如果他们测得的宇宙宙射线的实验还在不断地下降，科辐射星上的实验，排有2.西亚斯和威尔森的发在大气背景辐”度的温度是2.7;k;；人除了大气层的干扰后，学家们计算，数目和温射后宇宙中的光子的现之后由进行了无数的括人所重视。而当彭西亚的人造卫

他的理论后来？”是被不是可以这样说，宇“宙正在变的越来越冷呢

的,宇宙不仅会变冷，子里添一些煤吧？里好像有些冷，向炉还会变暗。喂，屋子“是”

”“好的。顺子也会发生大爆炸吗？便问炉一句，我们的