最難理解的宇宙奧秘是物質和它們的轉換原理

現在網路上有一種傳得「沸沸揚揚」的言論：馬雲挂帥的電子商務「擠兌」了傳統製造業，聲勢浩大的電子商務和日益衰退的傳統製造業形成了「零和遊戲」，電商銷售的增加等於百貨銷售的減少，電商推出的低價商品衝擊了百貨和中小製造業。儘管馬雲的商業信條是用互聯網幫助中小企業，「讓天下沒有難做的生意」，但是，現在的中小企業普遍感到「生意越來越難做」。2015年、2016年有許多百貨店和中小製造業關門歇業，失業員工不可能都轉入電商行業，有經濟學家計算出：如果三個之一的中小企業破產，失業人員為5000萬；如果一半的中小企業倒閉，失業的人員將達到7500萬，整個中小企業解決了中國1.5億人口的就業需求。製造業的轉型升級還處在「風口浪尖」。面臨原材料、融資和人口成本上升的壓力，確實有一些中小企業主選擇了「跑路」，但是，整體經濟還是向好的方向轉化，大學生和海外留學生創新創業的熱情不減，在創業園區每天都有大量「新業態」的企業誕生，這些「創客」是馬雲商業理念的追隨者，他們有自己的「獨門絕技」。不是所有的製造業都陷入了困境，比如：浙江民企的吉利集團、萬象集團、哇哈哈集團的年銷售額突破了千億。本作者所在的民辦教育集團屬於非盈利機構，不以GDP論英雄，提倡服務學生、服務社會的教育理念，於是，自己嘗試當一名科學普及的「創客」，不是推廣日常生活的科學，而是探求物理學和天文學中的哲學問題。

在準備寫作宇宙哲學的「轉換原理」之前，本作者讀了一篇福布斯雜誌科學專欄作家伊桑·西格爾在11月24日發表的題為「感謝宇宙創造了我們」的文章，十分感動，深受啟發，於是把昨天晚上擬定的寫作思路進行了調整，可以往後排一排。今天的文章主要討論「轉換原理」在宇宙演變和人類起源中的體現。宇宙經歷了近138億年的「風雨歷程」才創造了我們，經過了無數次的轉換過程，本作者由此發現：大多數物理學家認為物質是最難解決、最難理解的概念，其實不然，對宇宙整體的和具體物質形態轉換的理解同樣是最難解決、最難描述的科學使命。發現一個新的物質粒子可以獲得諾貝爾物理學獎，描述一個物理轉換的方程式同樣可以榮獲諾貝爾物理學獎。宇宙就像一個巨大的轉換器，所有的物質和能量在其中發生著轉換，在運動中轉換；在轉換中運動，比如：有的碳元素在轉換中變成了鑽石的成分，有的碳元素在轉換中變成了我們生命體的一部分。沒有房地產商，我們住不上舒適而昂貴的房子；沒有數百萬的網上商鋪，我們買不到物美價廉的商品，我們「心裡犯嘀咕」時還得感謝房地產商和店主的勞作。我們是自然的「一份子」，人類在地球上繁衍生息，最該感謝的是物質和宇宙在自然規律作用下發生的轉換，我們存在是因為自然使得我們存在；我們思想是因為我們的大腦能夠思想。

西格爾博士說到的第一個感謝的「所指」是宇宙大爆炸。我們不知道在宇宙誕生之前發生了什麼，只知道「突如其來」的大爆發實現了宇宙從「昨天」到「今天」的轉換，或者說從宇宙誕生的那一刻起，我們的宇宙只有「今天」，沒有「昨天」。大爆發噴涌的粒子和反粒子，能量和輻射經歷了一個暴漲過程，宇宙在巨大膨脹和冷卻的轉換中生成了今日宇宙的物質和輻射。本作者將宇宙整體的能量轉換為物質的過程歸納為宇宙背景溫度遞減規律和量子效應遞減規律，而將恆星和星系中物質轉換為能量看成是局部的轉換，可以明顯地看出，沒有宇宙整體能量轉換為物質的過程和在恆星、星系的局部發生的物質轉換為能量的過程，我們不可能存在。西格爾博士說到的第二個感謝的「所指」是非對稱的物質宇宙。宇宙從整體能量變為物質的過程中發生了非平衡、非對稱的轉換，至今沒有一位科學家能夠解釋非對稱轉換機制是怎樣發生的，如果物質和反物質的數量完全相等，一旦宇宙在膨脹過程中冷卻下來，物質和反物質粒子就會在相互湮滅中「煙消雲散」，也許僅僅留下少許的物質塵埃，宇宙的物質密度將只有今日的十億分之一，如此稀少的物質不可能「再造」一個地球。今日宇宙是一個充斥了物質的世界，只發現了極為稀少的反物質，我們不用擔心「什麼都是浮雲」的發生。

第三個感謝的「所指」是原子。我們習慣於說原子是物質的最小單位，其實原子是由更小單元的物質粒子通過基本力的相互作用形成的，原子核和電子通過電磁作用轉換為原子，宇宙經過38萬年的膨脹和冷卻才創造出生存原子的條件，原子內部的原子核通過質子和中子的強相互作用形成。原子是物質形成的重要階段，無數的原子不僅通過化學作用、而且通過物理作用轉換為物質顆粒和團塊，小的團塊結合為大的團塊，行星和恆星結合成我們今天看到的宇宙結構。第四個感謝的「所指」是引力。將團塊結合為行星，將彌散的分子雲結合為分子雲團的凝聚力就是引力。引力在宇宙結構更大尺度的轉換上創造了星系和星系團；在更小的尺度上創生了氣體雲團，行星和恆星是在氣體雲團轉換中誕生的。引力是一種長程力，在大的宇宙尺度上發揮「轉換動力學」的作用。第五個感謝的「所指」是核聚變。核聚變發生在恆星的核心，它是一種原子核之間的反應和轉換，恆星內的核聚變產生了「點亮宇宙」的光子，可以將恆星理解為宇宙中的「超級電燈泡」，我們地球上的能量來源於太陽的高能輻射。元素周期表中的絕大多數元素來源於恆星內部的核聚變，氫的聚變轉換為氦，氦的聚變轉換為碳，更重的元素，如：氧、氖、鎂、硫、硅、鐵、鈷和鎳也是通過轉換形成的。

第六個感謝的「所指」是超新星。超新星是一種大質量的恆星，最大質量恆星發生爆發的時間只有幾百萬年，恆星存活幾百萬年相當於一些粒子的壽命只有10的負幾十次方秒。如果沒有超新星在短生命周期中釋放的「全系列」物質元素，下一代恆星和行星就不能獲得這些物質元素，我們的地球要麼不能形成，要麼「一貧如洗」。實際上，我們身體需要各種元素，不然的話，一些生理上的轉化機制不能發生。超新星在核心製造了元素周期表上的幾乎所有元素，在大爆發的轉換中將外層的物質拋灑到宇宙的星際空間，萬物引力將這些豐富的物質聚合起來，和分子雲團進行混合，提供下一代恆星和恆星系所需的物質。第七個感謝的「所指」是分子雲。我們的銀河系仍然有大量的分子雲，可以在分子雲團中誕生新的恆星，在星雲中形成的分子雲團通過引力的塌縮作用形成新一代的恆星和行星。分子雲團聚合之後，首先轉換成所謂的原行星盤，我們的太陽系也是在原行星盤中形成的，分子雲團轉換成巨大的氣體行星，也轉換成我們賴以生存的地球家園。

第八個感謝的「所指」是岩石態行星。在地球上保有大量的有機分子和液態水，地球經歷了早期到現在的多樣化轉換過程。太陽系誕生時只有四顆行星，即：金星、地球、忒伊亞和火星，忒伊亞和早期的地球發生了碰撞，忒伊亞消失了，轉換為我們現在的地球和月球，詩人不知道「迷失的忒伊亞」故事，在他們無與倫比的詩篇中唯獨缺少讚美忒伊亞的詩句。金星轉換成一個「人間地獄」，火星則轉變為一個「冰凍的星球」。只有我們的地球是一個生機盎然的世界。第九個感謝的「所指」是地球。地球生命的誕生是幸運的，在經歷了無數艱難險阻後仍然存活下來。在地球上發生過多次小行星撞擊、氣候變遷一類的大事件，植物、動物和細菌在災難事件中保存下來。人類的誕生經歷了十分漫長的過程，一次次的轉換導致了智慧人類的出現。第十個感謝的「所指」是我們身體中的原子和分子。原子的結合轉換成有機分子，有機分子轉換成細胞，細胞組成了肉體和骨骼，神經細胞通過複雜的網路機制激發了我們的意識，人類在經濟和文化的歷史轉換中學會了創造生產方式和對生命的感恩。

伊桑·西格爾博士在感恩宇宙的文章中指出了十類感恩的對象，本作者按照這一思路給出了自己的理解，吸收了一些宇宙學的素材。西格爾博士關注的是人類在宇宙中生存需要感恩的對象，本作者關注的則是在每一個感恩的對象中發生了怎樣的轉換過程。宇宙哲學的「轉換原理」是成立的。科學家與普通大眾的區別是他們能夠說清楚各門具體科學中的轉換原理，指出轉換前的結構和狀態是什麼，轉換後的結構和狀態又是怎樣。比如：經過醫生的治療，病前和病後的身體狀態不一樣；經過工程師的設計和改進，新一代機器的性能和原有的發生了變化等。我們像西格爾博士一樣，只是大體上了解宇宙的形成和轉換，細節的轉變原理不清楚，還有很多的轉變甚至沒有獲得大致的了解。回到我們日常的科學和活動中來，同樣可以發現，我們熟悉的人物和事物其實沒有我們想像得那麼熟悉，我們的工作和生活方式有許多不合理的地方，本來可以改變的認識沒有改變，本來可以改進的行為沒有改進，一生當中留下這樣和那樣的遺憾。宇宙在誕生我們的時候，沒有想到人類生活是一門遺憾的藝術。二十一世紀科學技術的發達不意味著我們有能力解決所有的認識和現實問題，好在像西格爾博士這樣的科學家告訴我們，在宇宙學的意義上，人類處在「嬰兒時期」，有充分的時間來實現人類所期待的那些轉換和改變。西格爾博士從不討論「宇宙人生論」，本作者則會在一個無意義的宇宙中討論一些有意義的人生問題。

2016-11-25

(The hardest thing to understand in the universe is Matter and the principle of transformation among Matter)

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！