：奇怪（一）的魔炉
从寒冷的户外件事进入屋“在一个里，你最想做的一风雪交加的夜晚，当你是什么？”
火炉或找么躲到被窝里去个温“我可能会暖气旁边，要。”暖的角落坐下，
“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。”
”“火些呢？是不是感觉温暖一点燃后你
我就会向炉子里添入更多的“火。”是的柴。如果我还感到冷，
断上升，就会使炉子，提供给你里的温度不“有了更多的燃料更多的温暖吗？”
烤化的。”升的太对了，如果温度上的。噢，“我想高，炉壁也许会是
，现“好在让我们设想有一了温度任意升高。个炉壁永远烤不化的炉”子，可以让炉子里的
“啊，这种炉子只的魔鬼或巫师才拥有。”中有神话
现在让我们炉一个初始状态，比为１００升，加热前膛的体积？”２０℃。对了，你知道温度是怎么“方说，炉回事吗给这个魔的温度为
的课本上说，当分的运被加热时，它的原子或“我子会子或分子运动的能量不安分起来会，这些粒子过是表明原越大。温度只不地四处运动。温度越高”，不停物体动速度就多少而已。
是指“你学得不什么都没有’的意思”错。现在让我们把炉质。‘何物光，让炉子里什全部抽么也没有。没有任膛里的空气
“你是说炉空的？”子里面是真
“对。现在开始生什么事情？”加热，猜猜看会发
“我猜想炉子里将不再是真空了。”
其中包括成炉膛的原子会不断整个炉膛。了光子，充满“完全正确。这时组地向四周辐射电磁波，”
光子，它和光有什么联系吗？”“喂，等一下，什么叫
常微小的。也就是说，光是一易被人们理解子叫做一个光子。光子与似乎是连续不断地无论是质子或电子，种电磁波。虽然日份的量进行有静止质量，但它具常和质子的区别是，它量，但是光子没已经知道，光是一光与下一想你能察觉这一份们的质量不同。是以一定度非常快，使我照只是一份光的量非一些粒子，如电有能量。”人们所认识的其它但实际上，光的们不可地落在我们的头上的。“光子是的光都有自己的概念。生活中，我们感受到的质科播隙。传光耀着万物，学家们把一份光，运动的速一个不容的时间间份一份我
“我很难想象有这样的粒子存在。”
，但。然而，光子恰巧是能量必须是有质量的物与光速平方有在式存在也就不奇怪绝大多数人与的乘积。在爱你一样，体的一部的世界联系量等于质量了。”一个物体因斯坦的物理世界中，分，而不能单独存“的确，子。这说明人们更习惯。你也许知道爱因斯能量的粒是有的质量就好像是凝在着没有质量观粒子的行为与宏观于把这些微有一种先入之见，即，但坦的著名公式，能固的能量。因此光子以一定能量的粒子也很难想象宇宙中存有静止质量一种没起来，人能量的形们往往
同温是运动的能量，它。”了。光子既然“我有些明白度应该有关系吧
的。当炉碰撞时，会无中生有的升高而气体，而且子里的温度达到６０亿个电子。”气体的能量是持续上升产生，可以理解度时，两个大量的光子由于温度着光子“是这样。还是让我们为炉膛中充很高能量的光子在地产生一个正电子和一拥有回到魔炉中。满
子也有理课本中说电子“什么？电带负电荷。”带正电荷的吗？我的物
道，但是它的弯曲程度，它的电性。是一种新的特殊粒许多的照片，并发第一出的羽烟似的痕迹米利肯对宇宙射线弯曲程度推算出粒子本带有正电荷于是，迹初看机高空飞行时喷。置一子的反物质相继被人条像喷气式飞弯曲状。这样，就过是普通的质这种粒子命名子是፝拍摄的粒子轨道上去就像电子的轨种反物质。此后，肯也感到迷惑不解，他照片。突然他32年8月2日清晨轨道不同的尾部会留下一松为了进行研究，发现的个磁场，带电荷的粒罗伯特?常一样观察云发现了一种奇特的现为正电子们找到。”电子一样，但是带有正发生身的特性，比如他对安德松说那不室里浓厚的兴趣，他的助就接下来，他又研究了云室。当粒子穿过云室时现了便承子的轨迹。个重大发现，它的质量与工作，他像往子。于是，安德松给设计了一座大型“噢，这就要提到反物一些同样轨迹的粒认，这种粒象，有一种粒子的痕。这是人类发现的但过后不久，的研究产生了又与电子电荷，安德松可以根据粒子子。当他把这一发现尔?安德手卡米利肯，安德松开始了一天的各种粒了。在２０世纪３０的电子。云室中设会偏转，轨道呈又想给安德松有所解释有差异，这种粒子很像报告给米利肯时，米利年代初，美国的。如果在质子在经过时
？”种粒子都有反物质吗“组成我身体的各
“当然质极少，不要担心。反物质，如果你与一个”中，反物的世界的你相撞，你就麻烦了。不过我们生活
括光子吗？它。你说的各种粒子也包可是不带电的。”“那我就放心了
的，光子也有它的反，会发生爆炸，互相消。”子时“是本身。当一个粒子接近它的反粒耗对方，同归于尽粒子，即光子
是我的课本里说式的物质转化。”，它只能从一“你是说两个粒子为另一种形式的物质种形？可，物质是不灭的就消失了，什么都没留下来吗
形式了。消失，但炸中质转化为能量的。举个例遇时，科学家通爆生‘湮灭’有两个光子诞生，也”就是说，物“课本是对的。粒常称两者会发子与它的反粒子相同时会子来说，当电子与正电子碰撞时，物质会在
？”“那么反过能量也可以转化为来，物质的形式喽
光子在达到很高们又回到炉子中。”个能量转化为物质的例“你真聪明，我的能量时，碰撞会产生和一个正电子，这就是了。两个电子出一子
高料，它里面果我给生反物质。如物质。”炉子更炉子的温度，就会产多的燃就会产生越来越多的反“太有趣了，不断地升
状态。成两个光子。”度时时，同当两个光子撞击产生转化就达正电子发生湮灭而生“理论质与能电子和正电与到了一种平衡的温度达到60亿时会有一个电子上是这样量的，空间中的物炉子里子。当
有光子。”“现在，炉子里有电子、正电子，还
子互灭为一个中微子和物质的应。”能量交乎不会与物质发生反相湮灭时，一般都是产子。但在少，不带电荷；它的质上中微子和反中微子。当一个电子和一个正电应该加“还数情况下，它们会湮换特别弱，因此它可以发现的，它跟中子一样是20世纪50年代概穿过较大规模的物中微子有一个性质很通的数万分之一。体，比方说太阳或地球，但是几只特殊，它与普有电子质量一个反中微子。中微子量很轻，大生两个光
“真是个怪家伙。”
这个过程已经在大型加这时世界里的大家个电子与’增加到10万亿度。，两个光子或一的命的质子和中子这些微观伙被烤“好了们观察到了。然而一个正电子的子质子/反质子或中子在让我们的魔炉的温质子与中度速实验室中被是夸克和胶子。”湮灭可以产生出，现加了10倍时，‘化人/反中子对。运并不长久，当温度又了，取代它们增
上看到过介绍夸克的文个夸克组成的，而且夸。”子是由3章。质子或中“我在科学杂志克带的电荷不是整数的
子2/3个电荷，另一种带1/3个夸克子，这就是胶子一个质子或中子。”电荷。为了使3个“看来你懂得不。胶子使夸克和睦相中还有另一种粒少微观世界的知识。种，一种带分两处在一起，质在一起，共同组成了夸克紧密地靠
在实验室里发现胶子和奇妙，但人们夸克了吗？”“听起来很
膛里的有时又会被科学发展的过程中吧，电子、正电子、光我们清点一下炉验甩在正列为可以直接观微子，有时东西子、中微子、子。夸克和胶子们还未能将夸克和胶子真理论跑后在实验目前还生活反中实在理论世界里。在的前面，还是让“很遗憾，至今人、夸克和胶子。”面。察的自由粒
打算向炉子里添柴火了。”“看样子您又
种特殊燃料也没的，拥有一彻底崩塌，科可能提供如此高温的，这是在实都将亿亿亿度也不会什么奇怪的。现在验室中永远们的炉子都是想象”度达到了上认为‘此时’时间产生的温度，因为理论温度计的刻学家是这样说的。1万“哦，普通的柴火是不。不过既然我和空间的概念
“原来时间和空间也会被烤‘化’”。
下会发生什，粒子的概念在如此超义的。”化’1亿亿亿亿度。在这么，仍是个未个温度炉的温度最终停在知数，也许到了都会被烤‘这个温度，所有的粒子们的魔“让我高温的王国中是没有意
不要在谈论升高温度了噢，不是我所“，没有时能理解的世界。”粒子，间、空间和各种这
（二）：魔炉大爆炸
实验的最后一步，把炉壁去掉。”“好吧，让我们进行
越好。”“噢不生巨大的爆炸会发！这样的。我还是躲得越远
“这种爆炸的烈度，即月方去。那就是20到很远很远的地上把它送到星际全了吧。”处。为了保证我们的亮且的安全，我会把炉子搬空间中。现在你感到安吧，而0亿年前去都没有用空间去使躲到星际
大地在“现在我还感觉不到颤抖。”
西’——时间里，中子。”，放出加热到1亿和温度的降低‘等离起了爆炸。“叫这种东西为由于压力万分危险的实验开始的炽热的等离子在很了。去掉炉壁‘东科学家们转化出来的质子和外飞散，引，等制，以光的速度向短的体立即失去了控离子体中出现了亿亿亿度的子体’。原先被封闭住
“这是刚才升高温度的逆过程。”
多粒子—电子。”诞生出来对，温度的下降，比方说—使许“
”“这没有什么奇怪的。
重要的过程。爆炸后的”就会产生出另外，这是一个十分然有了质子和电子，尘埃中既“不物质。的一些
“让我想想，一个电子和一个子。质子结合。啊！是氢原”
子。这样，我们便成功地从‘虚空“是的，是氢原量中物质—氢原子。”’中、从纯能的‘制造’出了重要
类吗？”是产生其它各种元素的一场爆炸产生了氢原子宇的基本原料，难道说，这样宙中的一切物质，银河系、太阳系、地球和我们人“
果你愿意耐心听，我—大爆炸理论最流行的。如“刚地讲才我们谈论的内容乐意把宇宙诞生更详细，就是关于述。”，在科宇宙诞生的一种理论—学家中这种理论是
“让我们现在就始吧。”开
，科度大于魔炉的最高温度关的细“宇宙诞生的的时期，对于个阶1亿亿亿亿度段第一阶段，也就是温学家还不敢妄下结论，谈论有节。”这
”东西。可以原谅。“人类总是有不知道的
下降到100万亿度以胶子等都在“度继续中微子、光子、这个阶段产生了时能量产生出各种可能的粒子，夸克阶段是温度下，各种粒子的能量大大降低了。”第二个ደ下降到刚才的1/10。第三个阶段温、电子、0的时期，此物质。在宇宙中充满
低和物质的产生有关系吧？”“能量的高
导致了中子。”光子。而夸因此，1/1从宇宙诞生后有1/1000000程是瞬间的，只的1/10000期，的相遇使质子和中子的相遇电子对，两些反应才在一定的能是也能转化出两个0秒到000秒年龄的为夸克冷却阶段，只有子或电子与反夸克和胶子便开始大湮灭，产生出两个光正电子、光子、的，第三个阶段又被称质子时会发生。前三宇宙中含有电子、此后进入到第四克与胶子1/1000秒。个阶段——中微子以及质子和间过与反夸克量毁灭，夸克个胶子的湮灭量范围内，某“个阶段的时的诞生成为可能。0秒的时间。此时夸克、反
吗？”子还在飞快地运动“这些粒
度的迅速降低。亿度左右。宙的温度逐渐下降到10“”并伴随着阶段，即1/1以光速运动，温进入到第五个000秒到100秒，宇
。”热，但同炉壁刚撤去时还是凉快多了“虽然还是很
宙是由约分钟。”六个阶段从100秒产生了大量的光子和中微子构成的，当然的宇宙，最重是电子和正电子的湮灭。在到30第五阶段结束时，宇，要的过程，还有质子和中子。第10亿度的光子“第五阶段被称为辐射
“啊！小时的婴儿。”宇宙此时只是个出生半
子之间9亿度，质子和中粒子相互个中子。不过宇宙毕“三分钟后时，宇宙的粒子——氦核。”开始频繁出现为一个质子和一的能量加入，易形成一个由两个质子，碰撞的结果会产生氢种稳定的粒子，一定使它很容易地蜕变碰撞时，很容两个中就会竟是能够产生的。当氘子组成现象子并不是一的温度下降到的碰撞核的一种——氘。氘粒和
会产生更多的粒子呢？”存在是否道，它是元素周期表的第二号元素。氦核的“氦我知
第七阶段结束时，宇宙氦核能够借助引力捕捉生后的30分钟到，宇宙进入“是这样。从宇宙诞宙中的温度使质子和子或氦原100万年的子和氦原子构成。”时间里，电子、质子它们周围运在了原子时代，宇动的电子子。因此当，从而形成了氢原和氦核不断地相互碰撞中的物质由氢原
来就简单了。从氢原一定诞生了现在世“接下子和氦原子的组合中。”界里的各种元素
生于宇宙之中。了恒星和星系，它们有话时，宇宙的结构变得诞阶；在距今大约宙发展的第八越来越复杂，先是产生万年到200亿年在一段产生的。又过星际间的段，从100起，形成了行星，恒星和生命。在第”不过是昙花一现，的只八阶段刚刚开50亿年前始时，宇宙仅仅是由原子气体构成的，但是了十几亿年，生命，物形式，形成了星系、从那一种热的氢原子和氦存在的很长久有的则“你说的正是宇地球也是在这个阶质在这个阶段相互组合以后一直到今天我们谈，产生了千姿百态的，尘埃相互凝集
所有的一切都它固“是不是可以这样说，宇宙有在这些规律之下运定切物质世界都转，一的规律，是命中注定的。”
所发生的事情，在“从组合构成了世决定了，了质子和中子原始的粒子演星和生命。”核，原宇宙的产生和积成各种元素，元素样的。200亿年中演化来说，的确是这间的万物——星系、行子随后诞生并堆变出夸克，夸克构—大爆炸时就，成宇宙的起始点进而产生了原子的
考的“难冷冰冰的发展种会思发挥威力的知识和道人类在这个过程命，而且还掌握了一中就无能为力吗？工具。人类的轨迹也许程。”可以类毕竟是一些人并不是完全从属于宇宙的生过
类到底是宇宙演化渺小；同宇的话题。我不想对这个问题来一宙中无尽的奥。”但我“这可能要属于哲要提醒你，人类无缥缈的猜学讨论的领域了。人想，秘相比，又变宇宙发展轨迹的终极宙相比，是如此的前同整个宇力量呢？这是个复杂而个武断的结论或虚是多么的无知中的普通一环，还是改有趣目
（三）：宇宙爆炸的余烬
吧：类只是在几百万年前才”炸之后。出现的，而生命一个问题科学宇宙在200亿年前的出现显然在大爆发生了大爆炸“这个问题案我并不急于知道答的？人，你还是回答我另家们是如何知道
花钱的，通讯。然的天文学家，一代初，美完位天文学家宙射线。”第一颗广播卫搞一点60年用了两名年轻的任务是改装、挣‘副业’，用来研究宇话公司实验室雇而存在?威尔森。两星进行无线电全为了电来同国的贝尔“这就说来话长两人想用这台大天线而天文学家是纪一点零了。20世不会满足于完成一个是阿尔诺?彭西亚斯，另一位叫一台巨大的天线，就太卑微了。商业的目的项商业目的罗伯用它科学如果特
现了什么。”“他们一定发
到这种波长为7.向无关。电波的产生寻厘米的波长上发出现并不奇怪，但是线电噪声似乎与天线似乎不论的现个非常独特尔森把这台精密的天线电噪声。在接受信号时的物体35厘米的无线“1964。你知道3k相准什么方向，都能接收年春天，彭西亚斯和威其源头，似乎象对发现了一电波。这种无当于多少度吗？”辐射出的射线的指。他们在7.35会有噪声是温度为3k现了很强的无线
氏3k是指开下273度，由于的，因此3k应该等于摄氏零下270度。”零摄氏温度的算算。你所说的样“让我是它的最低温度0k两种温度的刻度单位是温度，一
现的宙中，这种来混合物的乔治?伽莫夫提出‘热爆发现还将会射线相当于10k温度些光子炸’理论开始迅速膨胀上和宇宙中发个奇热如果宇的原始状态是一的物体所辐射的射线大量的光以均匀的辐射。背景辐射来时原子也就的。他在大爆炸产生的尘埃。为宇宙中肯定会充是当宇宙“文学家无大爆炸是由并不为天文学无比的核粒子的混合物的满引起的。伽莫夫1948年的一篇文章中提出，家所接受，因为热，那么宇全正确。人们把两位天。”线电波称宙起初很认为，今天人们在地球完无线电射线存在于宇宙微波背景源于‘热爆炸’子，这，理论，是由
现这种辐射，时的人们并没有发是吧？”“当
，科学家们在不断地下降测得的宇无数辐射后，人论也就不为验，音。宇宙宇宙射线的背景宙背景辐射的温度人所重；宇宙中的光子的数⨇的干扰后，所们明白，这种无线的余音是越来越弱的大气层进行了视。而威尔森的发现之后由的话，他们目和温度还的实验，其中包“对，了果人类还存在是2.7;计算，1尔森发现之外的人造电射线就括在，人们在彭西亚斯和0亿年后，如测得的宇宙射线的温因此‘热爆炸’理卫星上的实5k。”度将只有2.排除了大气层是宇宙大爆炸的余当彭西亚斯和威
后来被，宇宙正在变的越来越冷呢？”他的理论“是不是可以这样说
子里好“,宇宙不仅会变冷，还会变是的添一些煤吧？”像有些冷，向炉子里暗。喂，屋
吗？”“好的。顺便问一发生大爆炸句，我们的炉子也会