粒子是如何創造我們的？

140億年前，我們的宇宙從一個極熱和緻密的點開始迅速膨脹。所有的物質和反物質都應該在那個時候相互湮滅，只留下能量。但是！有一部分物質存留了下來。（為什麼物質會在那場「戰役」中獲勝，科學家還不知道。

這些「活」下來的粒子構建了我們現在可見的宇宙，包括恆星、星系和氣體等等。經過漫長的演化，恆星不斷的死亡和誕生，產生了許多構成生命必須的元素。可以說我們都是恆星的產物，天文學家近期通過繪製銀河系生命元素的分布證明了這一點

為了更清楚的了解我們與這些基本粒子之間的緊密聯繫，我們來看下面的一些事實。

【構成我們的粒子】

圖中顯示了構成人體的四種常見元素：氫（Hydrogen）、碳（Carbon）、氮（Nitrogen）和氧（Oxygen）。這四種原子，各自帶有不同的中子、質子和電子的數量。右下的兩個三角狀是質子（proton）和中子（neutron），它們都是由上夸克（u）和下夸克（d）組成，夸克間的力由膠子（g）傳遞著。

人體的質量有>97%都是由碳、氫、氮、氧、磷和硫組成的。當然，剩下的包含了很多其它生命體所必須的元素。

人體內的大部分細胞大約每7到15年都會更新一次，而組成這些細胞的粒子其實已經在宇宙間存在了數十億年。我們身體的氫原子是在宇宙大爆炸時產生的；碳、氮和氧則是在燃燒的恆星中產生的；而體內最重的元素則是在恆星大爆炸中製造出來的。

一個原子的大小取決於原子內電子的平均位置。原子核比它的「宿主」小10萬倍。打個比方，如果原子核有花生的大小，那麼原子就有一個棒球場那麼大。原子間存在著很多空隙，如果把原子的空隙都抽取掉，那麼我們整個人類都可以被裝進一顆方糖內！

從上述事實中你或許可以猜到，這些粒子的質量只佔據了我們身體的一小部分。在原子核內的質子和中子各自都是由三個夸克組成的，而夸克的質量是由它和希格斯場的相互作用決定的，但也只佔了中子和質子百分之幾的質量。膠子把夸克束縛在一起並傳遞著強核力，但它是完全沒有質量的。

這就奇怪了，如果我們身體的大部分質量不是來自這些粒子的，那是從哪裡來的？答案是能量！科學家相信我們身體的大部分質量都是來自這些夸克的動能和膠子的結合能。

【我們製造的粒子】

人體之所以會產生輻射是因為攝入了大量的食物和酒水，吸入空氣中的鉀-40和碳-14會在身體內衰變併產生正電子，正電子會和電子湮滅往外輻射光子。

說完了構成我們的粒子，那麼人體會不會製造粒子呢？事實上，每個人都是一個小型的放射性粒子的礦廠。人體每年會製造40毫雷姆劑量的天然放射性物質。這個劑量大概是你做了四次的胸部X光的檢查。如果你每天和自己的愛人都睡在一起8個小時，那麼你接收到的放射性劑量會增加1到2毫雷姆。

註：雷姆是用來描述輻射強度的物理學單位，是一種劑量當量的單位。

我們之所以會輻射是因為我們攝入了大量的食物和酒水，甚至是從空氣中吸入了鉀-40和碳-14。它們會和身體內的分子結合，並最終衰變，在你體內產生輻射。

當鉀-40衰變的時候，它會釋放出正電子——也就是電子的反物質，所以身體內也會包含微量的反物質。人類每天平均能產生超過4000個正電子，大概每小時180個。這些正電子並不會呆太久，因為它很快就會和身體內的電子發生湮滅而往身體外輻射伽瑪射線。

在身體里產生的放射性物質只是非常小的劑量，並且是無害的，所以不用擔心。一個人平均每年會接收到620毫雷姆劑量的輻射，這包括了攝入的食物，居住的房子，每天走過的岩石和土壤等，在很多環境下我們都會被暴露在輕微的輻射之下。如果你多吃一點巴西堅果和頻繁去看牙醫也會增加幾毫雷姆。抽煙最糟糕，一下子可以增加一萬六千毫雷姆，戒煙啊！

【轟炸我們的粒子】

來自太空的宇宙射線，中微子和暗物質無時不刻的都在穿過我們的身體。

轟炸！轟炸！轟炸！人類的身體每天都被不計其數的粒子轟炸，而毫無察覺！這都是哪些粒子乾的好事呢？

首先要說的是宇宙射線，它們是來自外太空的高能粒子流，以接近光的速度進入地球的大氣層。宇宙射線會與大氣層里的其他原子核碰撞而併產生介子，這些介子也會衰變成μ介子和中微子。緊接著，這些粒子就會穿透大氣層到達地球表面，並不斷地穿透我們的身體。這些粒子每年會在我們的體內增加大約27毫雷姆的輻射劑量。有時候，這些宇宙粒子可能會破壞我們的基因組織，導致微妙的基因突變，這或許是也是人類進化的一個重要因素。

每天我們都沐浴在陽光之中，但除了光子，太陽也同時釋放大量的中微子。中微子是我們身體的常客，每秒鐘大約有數萬億來自太陽的中微子穿過我們的身體。除了來自太陽，中微子也有其它的來源，包括其它的恆星和地球。

有許多中微子在宇宙誕生的幾秒後就已經存在了，比我們身體的原子還老。但是中微子幾乎不與其它的物質作用，所以即使它們穿過我們的身體也不會留下任何痕迹。這也使科學家極難捕捉到它們。

除了中微子，我們或許也經常要面對暗物質（如果存在的話）的轟炸。暗物質不輻射，反射和吸收光線，使它變得難以探測，但是科學家通過計算認為暗物質構成了宇宙中80%的物質。

通過計算暗物質在宇宙中的密度，科學家認為每秒鐘都有成千上萬的暗物質穿過我們的身體，暗物質大約每分鐘會有一次與身體內的原子發生碰撞。但是暗物質跟構成我們身體的物質只發生輕微的作用，所以它們幾乎不會對我們的身體造成任何顯著的影響。

通過這些，相信讀者都已經能夠體會到基本粒子其實跟我們之間的聯繫是如此緊密，因此不要再生出「粒子物理學對生活並沒有什麼卵用，為什麼要耗費大量資金去研究它？」這樣的疑問。

撰文：Ali Sundermier

編譯：Feynman

圖片來源：Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

AI/原理（principia1687）

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