形態流與可持續增長/基本粒子的產生

基本粒子的產生

1- 形態流的起點：基本粒子

2.1- 宇宙的產生 - 大爆炸/暴漲模型

2.2- 暗能量和暗物質

2.3- 星系形成

3- 混沌形態流

1- 形態流的起點：基本粒子 -

正如我們在導言中所看到的，形態流在層次複雜性的順序中向上流動。因此，自然地，我們期望在底部找到最簡單的形態。我們確實找到了它們，它們是基本粒子，正如我們將在下一章看到的那樣，它們結合起來形成了元素週期表中的所有物質。

根據我們目前對基本粒子的最佳理解，我們有以下表格：



輕子
粒子	符號	質量 (MeV/c²)	電荷
電子	e^-	0.511	-1
μ子	μ^-	105.7	-1
τ子	τ子	1784.1	-1
電子中微子	ν_e	<7.3×10^-6	0
μ子中微子	ν_μ	<0.27	0
τ子中微子	ν	<35	0

夸克¹
下夸克	d	5-15	-1/3
上夸克	u	2-8	2/3
奇異夸克	s	100-300	-1/3
粲夸克	c	1300-1700	2/3
底夸克	b	4700-5300	-1/3
頂夸克	t	91,000	2/3

規範玻色子
光子	γ	0	0
膠子	g	0	0
W玻色子	W	80,200	1
Z玻色子	Z	91,170	0

一些典型的強子
粒子	符號	質量 (MeV/c²)	電荷	夸克組成
正π介子	π+	139.6	1	ud
正K介子	K⁺	493.7	1	us
質子	p	938.3	1	uud
中子	n	939.6	0	udd
Λ粒子	Λ粒子	1115.6	0	uds
除了光子、膠子和Z玻色子之外，對於每一個粒子，都有一個反粒子，它們具有相同的質量和相反的電荷。由於夸克不能被孤立，因此給出的夸克質量是近似值。

在這些粒子中，光子（光的單位）具有最簡單的形態。它由振盪的電磁場組成。如果形態流的模式成立，那麼我們應該期望更復雜的粒子從光子中誕生。事實上，我們確實發現了這種情況。這就是所謂的“對產生”，例如，我們可以觀察到高能光子（伽馬射線）分裂成電子和正電子。因此，一個沒有電荷或質量的光子，分裂成一個電子-正電子（物質-反物質）對，每一個都具有電荷和質量。這一簡單的形態步驟導致了物質（具有質量，因此具有引力）、電荷（結合原子和分子）和時空本身的產生。為了理解最後一點，我們必須瞭解物體以接近光速（相對論速度）運動時會發生什麼。

光子電磁圖

讓我們考慮一下雙胞胎悖論。一個雙胞胎（吉姆）在地球上，他的兄弟（約翰）乘坐宇宙飛船以接近光速的速度航行，手持一個時鐘和一根尺子。對於吉姆來說，約翰的尺子縮短了，他的時鐘的刻度膨脹了（變慢了）。事實上，從吉姆的角度來看，在光速下，約翰的尺子縮短為零，他的時鐘需要無限長的時間才能走完一格。所以，如果約翰回來了，他會發現他的兄弟很久以前就去世了，而他自己幾乎沒有衰老。當然，這種情況不可能發生，因為在光速下，約翰全部都是光子，沒有物質。這就是問題的關鍵所在。從光子的角度來看，我們對時空的概念是無關緊要的。只有當粒子被創造出來時，它們的速度才會下降到低於光速。只有那時，時空才會誕生。但即使在那時，它也與我們所知道的不同。你看，在那些速度和尺度下，粒子生活在一個量子世界中。在這個世界中，一個粒子就像一個能量團，它佔據一個時空範圍，而不是一個固定點。一個粒子既在這裡又在那裡，既是現在又是將來，儘管它在時空尺度上非常小。只有當粒子結合形成原子（質子-中子-電子組合）時，它們的速度才會下降到更接近我們的速度。當它們結合形成分子（我們周圍的一切物質）時，我們熟悉的時空概念才會形成。

我知道這對我們來說聽起來像是超現實的，因為事實確實如此。但是時空變換（稱為洛倫茲變換）在粒子物理計算中被經常使用。我們所有數字裝置的出現都歸功於對量子世界的知識（量子力學）。這些概念在我們對物理的認識中根本沒有出現。這就是問題的關鍵所在：現實實際上是抽象的。當我們形成抽象概念，並對其進行驗證，用它們進行計算，並用它們建造裝置時，我們對現實的認識就會擴充套件。我們的感知範圍就會擴大。因此，現實是抽象的，它在我們的腦海中產生並得到普遍驗證的子集，形成了我們對已知現實的感知。而我們 5 種感官感知到的已知現實的子集，形成了我們對什麼是物理的感知。回到我們手頭的物質（雙關語意）。粒子具有質量，因此具有引力。正是這種力在更大尺度上將物質結合在一起，形成了星系和恆星。粒子可能具有電荷，例如質子（正電荷）和電子（負電荷）。這些電荷產生了電磁力。正是電磁力將電子和質子（以及中子）結合在一起，形成了分子。正如我們將在下一章看到的那樣，當原子在恆星中接觸時，強核力將物質的原子核結合在一起，形成了元素的等級。最後，弱核力可以分解放射性原子核。這四種力：引力、電磁力、強核力和弱核力，是導致產生星系、恆星、行星、有機物質、生命和我們本身的反應的根源。當我們遍歷形態流時，我們將關注形狀（形態）以及作用於形態的力。簡而言之，形態流由形狀以及作用於它們以創造更多形狀的力組成。

在所有粒子組合排列中，質子-中子-電子組合已被證明足夠穩定，可以形成巨大的氫-氦氣雲，即最簡單的原子（正如形態流所預測的那樣）。正如你所看到的那樣，在所有的形態流中，創造和毀滅都是始終一致的特徵。較低的形態實體以混沌的方式混合和匹配，由此產生的穩定形式會持續存在，而不穩定的形式會衰變為它們的組成部分。

繼續這個故事，氫雲凝聚形成星系。星系中的恆星繼續產生構成我們今天所見宇宙物質的基礎（正如你將在下一章中觀察到的那樣）。這就是宇宙學的領域，理解大局。所以，讓我們接下來談談它。

2.1- 宇宙的產生 - 大爆炸/暴漲模型 - 普遍的理論認為，我們時空泡中的所有能量-物質都是在大爆炸事件中產生的。該事件創造了一個充滿超熱基本粒子的膨脹時空泡。當泡泡膨脹時，粒子湯冷卻到足以使現在的質子、中子電子有機會結合起來，形成氫元素原子。巨大的氫雲在引力的作用下凝聚形成星系（來源：http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/2003/0206mapresults.html）。

讓我們從一些觀察開始，看看它們如何導致大爆炸和暴漲模型，解釋宇宙的產生。主要的觀察結果，現在被稱為哈勃定律（以做出該觀察的人命名），是星系正在彼此遠離，即宇宙正在膨脹。他是透過觀察遙遠星系中已知元素（如氫）的輻射特徵來做出的。例如，當氫被熱激發時，它會在特定頻率上輻射。如果物體朝著你移動，波長會壓縮在一起，使其看起來更藍；如果它遠離你，則會發生相反的情況，使其看起來更紅。我們稱之為紅移。幾乎所有物體都發生了紅移，無論我們朝哪個方向看，這意味著所有物體都在彼此遠離。唯一的例外是附近的星系（在星系群中），它們相對彼此移動，但所有遙遠星系似乎都在彼此遠離。所以想象一下，在你的腦海中，這些物體彼此遠離的電影。現在倒放這部電影，並看著它倒退回時間，所有物體都會彼此靠近。合乎邏輯的結論是，在某個特定時刻，所有物體都會聚在一起。大爆炸理論提出，一切都是從一次大爆炸開始的，這場大爆炸啟動了這部電影。另一個支援大爆炸概念的觀察結果是宇宙背景輻射。無論我們朝哪個方向看，我們都會發現對應於約 3 開爾文的溫度的輻射特徵。一種解釋是它是大爆炸事件的餘輝。所以，你有一次初始爆炸。然後一切冷卻下來（除了恆星形成的區域，那裡再次被加熱）。我們今天看到的是大爆炸事件的均勻冷卻後的結果，經過大約 140 億年，現在無論你朝哪個方向看，溫度都約為 3 K。

大爆炸理論解釋了許多觀測結果，但並非所有。要知道，任何物質在特定溫度下都會振動。這種運動會導致物質以特定頻率輻射。我們可以檢測到任何頻率，因此理論上我們應該能夠檢測到任何事物（任何存在的物質）的輻射特徵。正如我們將要看到的那樣，問題就出在這裡。

2.2- 暗能量和暗物質- 假設大爆炸是一個既定事實，它發生在140億年前，並且由於爆炸動量，所有物質開始向外膨脹。因此，你擁有所有這些互相遠離的物體。作用於它們唯一的力將是它們的相互引力，將它們互相拉扯，從而抵消初始的向外動量。因此，隨著時間的推移，你預計膨脹速度會減慢。人們開始觀察遙遠距離的某些超新星，期望看到越遠，膨脹速度越慢。在我們和被觀測物體之間會有更多物質，因此會有更多引力，因此會有更多的減速。並且根據這種邏輯，最遙遠的物體，比如140億光年左右，將受到宇宙所有引力的作用，將其拉回，而前方几乎沒有物質吸引它向前。至少人們是這麼想的。然而，觀測結果卻顯示出完全相反的結果。不僅遙遠物體沒有減速，而且我們觀測得越遠，它們遠離的速度越快。而且這對所有方向都是成立的。因此，存在著某種東西不斷地將這些物體互相推開，某種具有負引力的東西。而且，這種物質，被稱為暗能量，分佈均勻，因為無論我們朝哪個方向看，它的效應都是一致的。問題是，到目前為止，我們無法用任何東西檢測到它。我們唯一觀察到的效應就是我剛剛描述的排斥引力。因此它不是物質，因為物質具有正引力，將其他物質拉向它。它也不是純粹的能量，比如光子，因為光子沒有質量，也沒有引力。有人必須給它起個名字，所以他們稱之為暗能量。

這裡還有一個觀察結果。當我們觀察某些星系，比如我們自己的銀河系時，我們發現大多數恆星物質集中在核心周圍。相比之下，在外部邊界，恆星形成相對較少。同樣，如果引力是唯一的有效力，那麼星系中心會發生非常快的旋轉，而在外圍，旋轉會相對較慢。想想你的廚房水槽。當你有很多肥皂水（對於那些真正洗過碗的人來說），你會看到靠近排水口的快速旋轉，而在外部，旋轉相對較慢。你應該會預料到這種情況。你只有一個有效力，引力，作用在排水口，對附近的物質施加最大的力。但在我們以螺旋星系為例的情況下，我們沒有觀察到這種情況。外圍的恆星與中心的物質以相同的相對速度運動。外圍的恆星不會漂移出去。它們保持形成。因此，某種其他力將它們約束在一起。但是，沒有任何東西可以被探測到，能夠施加這種正引力。當我們觀察星系群和星系團時，例如室女座超星系團，也是一樣。我們看到所有這些遠在星系團中的星系，並且它們保持形成。但是星系團中沒有足夠的觀測物質將它們拉在一起。如果計算將這些星系拉在一起所需的引力所需的物質數量，我們會發現它遠遠超過了觀測到的物質。因此，在宇宙中存在著大量的某種東西，它不輻射，並且具有正的、物質般的引力。所以人們開始稱它為暗物質。

有整個宇宙學產業試圖解釋暗能量-暗物質的本質。值得注意的是，根據我們目前的理論和觀測結果，人們認為這些暗物質構成了宇宙能量預算的90%。有些人稱這是宇宙學的黃金時代，因為有太多東西需要被發現。我個人稱之為宇宙學的鎳幣時代，因為 इसमें बहुत कम पैसा है।

2.3- 星系形成- 無論關於宇宙起源的理論以及其中的問題如何，這些基本粒子從一開始就啟動了形態流。其中，穩定的電子-質子-中子結合形成最簡單的原子，氫，以大量的氣體形式存在。隨著氣體雲由於引力吸引而變得更加稠密，它們會加熱並最終合併形成原星系。原星系是稠密的氣體（主要是氫）團簇，充當恆星託兒所。隨著原星系的穩定，我們最終得到了我們今天觀測到的星系。我們看到螺旋星系、透鏡狀星系（沒有旋臂的螺旋星系）、看起來像宇宙橄欖球的橢圓星系和不規則星系。

透鏡狀
橢圓形
不規則

我們經常發現星系以群的形式存在，而群則存在於星系團中。人們認為不規則星系是在其群中附近星系的影響下，從未有機會形成的星系。我們自己的銀河系被兩個稱為大麥哲倫雲和小麥哲倫雲的不規則星系所環繞。有時，一個星系群中的一個星系會吸收另一個星系群中的另一個星系。在星系內部，你通常會發現

- 球狀星團，巨大的、緊湊的由數十萬顆恆星組成的聚集體，通常是星系中最古老的恆星。

- 恆星星雲殘骸- 隨著恆星的發展，許多恆星會留下星雲殘骸（行星狀星雲或超新星殘骸），然後這些殘骸會填充星系。

- 外部邊界區域- 星際氣體和塵埃往往會聚集在赤道盤附近的雲層中，並在外部區域變得扁平，在螺旋星系和透鏡狀星系中最為明顯。

- 星際雲- 巨大的瀰漫星雲，在那裡形成星團。

- 核- 相當稠密的星系核，有點類似於超大型球狀星團。在許多情況下，星系核包含超大質量的暗物體，通常被認為是黑洞候選者。

3- 結論 - 混沌的形態流- 請注意，從一開始，創造的本質就是混亂的。所有這些基本粒子形成了一個巨大的粒子湯，這些粒子以各種方式相互作用、結合和湮滅。在所有這些相互作用路徑中，產生的穩定的質子-中子-電子組合存活了下來，而所有不穩定的組合都沒有存活下來。這種將能量-物質結合起來創造形態的過程是形態流的本質。在形態流的特徵中，我們從一開始就看到了極性相反的力在起作用。強核力將質子和中子結合在一起形成原子核，而弱核力會導致核衰變。電和磁形成極性相反的。甚至引力顯然也最近發現了一個反引力推論。正如我們將在接下來的章節中看到的那樣，這種流動一直持續著，創造了原子、分子、有機物質、細胞、生命樹、集體、群體和社會。但是，在所有這些進化領域中，構造和破壞、互動以及由此產生的混亂動力占主導地位，導致穩定的實體存活下來，而不穩定的實體消亡。對於粒子、原子和分子來說是這種情況。對於達爾文生物進化來說是這種情況。對於人類、人類學進化來說是這種情況。對於思想的進化來說也是如此。另一個不可避免的結論是宇宙的抽象性。正如我們所見，在量子世界和宇宙世界中，事物與我們對物理事物的概念大不相同。但是，如果你接受物理學的抽象概念，並理解你可以透過心眼感知抽象，那麼一旦抽象得到證實，感知的範圍就會擴大，對物理事物的概念就會擴大。而這正是我們形態成長的關鍵，無論是個人還是集體。

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