形态流与可持续增长/基本粒子的产生

基本粒子的产生

1- 形态流的起点：基本粒子

2.1- 宇宙的产生 - 大爆炸/暴涨模型

2.2- 暗能量和暗物质

2.3- 星系形成

3- 混沌形态流

1- 形态流的起点：基本粒子 -

正如我们在导言中所看到的，形态流在层次复杂性的顺序中向上流动。因此，自然地，我们期望在底部找到最简单的形态。我们确实找到了它们，它们是基本粒子，正如我们将在下一章看到的那样，它们结合起来形成了元素周期表中的所有物质。

根据我们目前对基本粒子的最佳理解，我们有以下表格：



轻子
粒子	符号	质量 (MeV/c²)	电荷
电子	e^-	0.511	-1
μ子	μ^-	105.7	-1
τ子	τ子	1784.1	-1
电子中微子	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
奇异夸克	s	100-300	-1/3
粲夸克	c	1300-1700	2/3
底夸克	b	4700-5300	-1/3
顶夸克	t	91,000	2/3

规范玻色子
光子	γ	0	0
胶子	g	0	0
W玻色子	W	80,200	1
Z玻色子	Z	91,170	0

一些典型的强子
粒子	符号	质量 (MeV/c²)	电荷	夸克组成
正π介子	π+	139.6	1	ud
正K介子	K⁺	493.7	1	us
质子	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、胶子和Z玻色子之外，对于每一个粒子，都有一个反粒子，它们具有相同的质量和相反的电荷。由于夸克不能被孤立，因此给出的夸克质量是近似值。

在这些粒子中，光子（光的单位）具有最简单的形态。它由振荡的电磁场组成。如果形态流的模式成立，那么我们应该期望更复杂的粒子从光子中诞生。事实上，我们确实发现了这种情况。这就是所谓的“对产生”，例如，我们可以观察到高能光子（伽马射线）分裂成电子和正电子。因此，一个没有电荷或质量的光子，分裂成一个电子-正电子（物质-反物质）对，每一个都具有电荷和质量。这一简单的形态步骤导致了物质（具有质量，因此具有引力）、电荷（结合原子和分子）和时空本身的产生。为了理解最后一点，我们必须了解物体以接近光速（相对论速度）运动时会发生什么。

光子电磁图

让我们考虑一下双胞胎悖论。一个双胞胎（吉姆）在地球上，他的兄弟（约翰）乘坐宇宙飞船以接近光速的速度航行，手持一个时钟和一根尺子。对于吉姆来说，约翰的尺子缩短了，他的时钟的刻度膨胀了（变慢了）。事实上，从吉姆的角度来看，在光速下，约翰的尺子缩短为零，他的时钟需要无限长的时间才能走完一格。所以，如果约翰回来了，他会发现他的兄弟很久以前就去世了，而他自己几乎没有衰老。当然，这种情况不可能发生，因为在光速下，约翰全部都是光子，没有物质。这就是问题的关键所在。从光子的角度来看，我们对时空的概念是无关紧要的。只有当粒子被创造出来时，它们的速度才会下降到低于光速。只有那时，时空才会诞生。但即使在那时，它也与我们所知道的不同。你看，在那些速度和尺度下，粒子生活在一个量子世界中。在这个世界中，一个粒子就像一个能量团，它占据一个时空范围，而不是一个固定点。一个粒子既在这里又在那里，既是现在又是将来，尽管它在时空尺度上非常小。只有当粒子结合形成原子（质子-中子-电子组合）时，它们的速度才会下降到更接近我们的速度。当它们结合形成分子（我们周围的一切物质）时，我们熟悉的时空概念才会形成。

我知道这对我们来说听起来像是超现实的，因为事实确实如此。但是时空变换（称为洛伦兹变换）在粒子物理计算中被经常使用。我们所有数字设备的出现都归功于对量子世界的知识（量子力学）。这些概念在我们对物理的认识中根本没有出现。这就是问题的关键所在：现实实际上是抽象的。当我们形成抽象概念，并对其进行验证，用它们进行计算，并用它们建造设备时，我们对现实的认识就会扩展。我们的感知范围就会扩大。因此，现实是抽象的，它在我们的脑海中产生并得到普遍验证的子集，形成了我们对已知现实的感知。而我们 5 种感官感知到的已知现实的子集，形成了我们对什么是物理的感知。回到我们手头的物质（双关语意）。粒子具有质量，因此具有引力。正是这种力在更大尺度上将物质结合在一起，形成了星系和恒星。粒子可能具有电荷，例如质子（正电荷）和电子（负电荷）。这些电荷产生了电磁力。正是电磁力将电子和质子（以及中子）结合在一起，形成了分子。正如我们将在下一章看到的那样，当原子在恒星中接触时，强核力将物质的原子核结合在一起，形成了元素的等级。最后，弱核力可以分解放射性原子核。这四种力：引力、电磁力、强核力和弱核力，是导致产生星系、恒星、行星、有机物质、生命和我们本身的反应的根源。当我们遍历形态流时，我们将关注形状（形态）以及作用于形态的力。简而言之，形态流由形状以及作用于它们以创造更多形状的力组成。

在所有粒子组合排列中，质子-中子-电子组合已被证明足够稳定，可以形成巨大的氢-氦气云，即最简单的原子（正如形态流所预测的那样）。正如你所看到的那样，在所有的形态流中，创造和毁灭都是始终一致的特征。较低的形态实体以混沌的方式混合和匹配，由此产生的稳定形式会持续存在，而不稳定的形式会衰变为它们的组成部分。

继续这个故事，氢云凝聚形成星系。星系中的恒星继续产生构成我们今天所见宇宙物质的基础（正如你将在下一章中观察到的那样）。这就是宇宙学的领域，理解大局。所以，让我们接下来谈谈它。

2.1- 宇宙的产生 - 大爆炸/暴涨模型 - 普遍的理论认为，我们时空泡中的所有能量-物质都是在大爆炸事件中产生的。该事件创造了一个充满超热基本粒子的膨胀时空泡。当泡泡膨胀时，粒子汤冷却到足以使现在的质子、中子电子有机会结合起来，形成氢元素原子。巨大的氢云在引力的作用下凝聚形成星系（来源：http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/2003/0206mapresults.html）。

让我们从一些观察开始，看看它们如何导致大爆炸和暴涨模型，解释宇宙的产生。主要的观察结果，现在被称为哈勃定律（以做出该观察的人命名），是星系正在彼此远离，即宇宙正在膨胀。他是通过观察遥远星系中已知元素（如氢）的辐射特征来做出的。例如，当氢被热激发时，它会在特定频率上辐射。如果物体朝着你移动，波长会压缩在一起，使其看起来更蓝；如果它远离你，则会发生相反的情况，使其看起来更红。我们称之为红移。几乎所有物体都发生了红移，无论我们朝哪个方向看，这意味着所有物体都在彼此远离。唯一的例外是附近的星系（在星系群中），它们相对彼此移动，但所有遥远星系似乎都在彼此远离。所以想象一下，在你的脑海中，这些物体彼此远离的电影。现在倒放这部电影，并看着它倒退回时间，所有物体都会彼此靠近。合乎逻辑的结论是，在某个特定时刻，所有物体都会聚在一起。大爆炸理论提出，一切都是从一次大爆炸开始的，这场大爆炸启动了这部电影。另一个支持大爆炸概念的观察结果是宇宙背景辐射。无论我们朝哪个方向看，我们都会发现对应于约 3 开尔文的温度的辐射特征。一种解释是它是大爆炸事件的余辉。所以，你有一次初始爆炸。然后一切冷却下来（除了恒星形成的区域，那里再次被加热）。我们今天看到的是大爆炸事件的均匀冷却后的结果，经过大约 140 亿年，现在无论你朝哪个方向看，温度都约为 3 K。

大爆炸理论解释了许多观测结果，但并非所有。要知道，任何物质在特定温度下都会振动。这种运动会导致物质以特定频率辐射。我们可以检测到任何频率，因此理论上我们应该能够检测到任何事物（任何存在的物质）的辐射特征。正如我们将要看到的那样，问题就出在这里。

2.2- 暗能量和暗物质- 假设大爆炸是一个既定事实，它发生在140亿年前，并且由于爆炸动量，所有物质开始向外膨胀。因此，你拥有所有这些互相远离的物体。作用于它们唯一的力将是它们的相互引力，将它们互相拉扯，从而抵消初始的向外动量。因此，随着时间的推移，你预计膨胀速度会减慢。人们开始观察遥远距离的某些超新星，期望看到越远，膨胀速度越慢。在我们和被观测物体之间会有更多物质，因此会有更多引力，因此会有更多的减速。并且根据这种逻辑，最遥远的物体，比如140亿光年左右，将受到宇宙所有引力的作用，将其拉回，而前方几乎没有物质吸引它向前。至少人们是这么想的。然而，观测结果却显示出完全相反的结果。不仅遥远物体没有减速，而且我们观测得越远，它们远离的速度越快。而且这对所有方向都是成立的。因此，存在着某种东西不断地将这些物体互相推开，某种具有负引力的东西。而且，这种物质，被称为暗能量，分布均匀，因为无论我们朝哪个方向看，它的效应都是一致的。问题是，到目前为止，我们无法用任何东西检测到它。我们唯一观察到的效应就是我刚刚描述的排斥引力。因此它不是物质，因为物质具有正引力，将其他物质拉向它。它也不是纯粹的能量，比如光子，因为光子没有质量，也没有引力。有人必须给它起个名字，所以他们称之为暗能量。

这里还有一个观察结果。当我们观察某些星系，比如我们自己的银河系时，我们发现大多数恒星物质集中在核心周围。相比之下，在外部边界，恒星形成相对较少。同样，如果引力是唯一的有效力，那么星系中心会发生非常快的旋转，而在外围，旋转会相对较慢。想想你的厨房水槽。当你有很多肥皂水（对于那些真正洗过碗的人来说），你会看到靠近排水口的快速旋转，而在外部，旋转相对较慢。你应该会预料到这种情况。你只有一个有效力，引力，作用在排水口，对附近的物质施加最大的力。但在我们以螺旋星系为例的情况下，我们没有观察到这种情况。外围的恒星与中心的物质以相同的相对速度运动。外围的恒星不会漂移出去。它们保持形成。因此，某种其他力将它们约束在一起。但是，没有任何东西可以被探测到，能够施加这种正引力。当我们观察星系群和星系团时，例如室女座超星系团，也是一样。我们看到所有这些远在星系团中的星系，并且它们保持形成。但是星系团中没有足够的观测物质将它们拉在一起。如果计算将这些星系拉在一起所需的引力所需的物质数量，我们会发现它远远超过了观测到的物质。因此，在宇宙中存在着大量的某种东西，它不辐射，并且具有正的、物质般的引力。所以人们开始称它为暗物质。

有整个宇宙学产业试图解释暗能量-暗物质的本质。值得注意的是，根据我们目前的理论和观测结果，人们认为这些暗物质构成了宇宙能量预算的90%。有些人称这是宇宙学的黄金时代，因为有太多东西需要被发现。我个人称之为宇宙学的镍币时代，因为 इसमें बहुत कम पैसा है।

2.3- 星系形成- 无论关于宇宙起源的理论以及其中的问题如何，这些基本粒子从一开始就启动了形态流。其中，稳定的电子-质子-中子结合形成最简单的原子，氢，以大量的气体形式存在。随着气体云由于引力吸引而变得更加稠密，它们会加热并最终合并形成原星系。原星系是稠密的气体（主要是氢）团簇，充当恒星托儿所。随着原星系的稳定，我们最终得到了我们今天观测到的星系。我们看到螺旋星系、透镜状星系（没有旋臂的螺旋星系）、看起来像宇宙橄榄球的椭圆星系和不规则星系。

透镜状
椭圆形
不规则

我们经常发现星系以群的形式存在，而群则存在于星系团中。人们认为不规则星系是在其群中附近星系的影响下，从未有机会形成的星系。我们自己的银河系被两个称为大麦哲伦云和小麦哲伦云的不规则星系所环绕。有时，一个星系群中的一个星系会吸收另一个星系群中的另一个星系。在星系内部，你通常会发现

- 球状星团，巨大的、紧凑的由数十万颗恒星组成的聚集体，通常是星系中最古老的恒星。

- 恒星星云残骸- 随着恒星的发展，许多恒星会留下星云残骸（行星状星云或超新星残骸），然后这些残骸会填充星系。

- 外部边界区域- 星际气体和尘埃往往会聚集在赤道盘附近的云层中，并在外部区域变得扁平，在螺旋星系和透镜状星系中最为明显。

- 星际云- 巨大的弥漫星云，在那里形成星团。

- 核- 相当稠密的星系核，有点类似于超大型球状星团。在许多情况下，星系核包含超大质量的暗物体，通常被认为是黑洞候选者。

3- 结论 - 混沌的形态流- 请注意，从一开始，创造的本质就是混乱的。所有这些基本粒子形成了一个巨大的粒子汤，这些粒子以各种方式相互作用、结合和湮灭。在所有这些相互作用路径中，产生的稳定的质子-中子-电子组合存活了下来，而所有不稳定的组合都没有存活下来。这种将能量-物质结合起来创造形态的过程是形态流的本质。在形态流的特征中，我们从一开始就看到了极性相反的力在起作用。强核力将质子和中子结合在一起形成原子核，而弱核力会导致核衰变。电和磁形成极性相反的。甚至引力显然也最近发现了一个反引力推论。正如我们将在接下来的章节中看到的那样，这种流动一直持续着，创造了原子、分子、有机物质、细胞、生命树、集体、群体和社会。但是，在所有这些进化领域中，构造和破坏、互动以及由此产生的混乱动力占主导地位，导致稳定的实体存活下来，而不稳定的实体消亡。对于粒子、原子和分子来说是这种情况。对于达尔文生物进化来说是这种情况。对于人类、人类学进化来说是这种情况。对于思想的进化来说也是如此。另一个不可避免的结论是宇宙的抽象性。正如我们所见，在量子世界和宇宙世界中，事物与我们对物理事物的概念大不相同。但是，如果你接受物理学的抽象概念，并理解你可以通过心眼感知抽象，那么一旦抽象得到证实，感知的范围就会扩大，对物理事物的概念就会扩大。而这正是我们形态成长的关键，无论是个人还是集体。

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