（一）：奇怪的魔炉

”户外进入屋里，你最的夜晚，当你从寒冷的“在一个风雪交加想做的一件事是什么？

火炉或么躲到被窝里旁“我可，能会找个温边，要暖气暖的角落坐下去。”

“假设火炉里没有火呢？”

”燃料，木头或煤什么的，把火点燃。那我就找些“

点燃火后你是不“是感觉温暖一些呢？”

入更多的柴火。”会向炉子里添果我还感到冷，我就是的。如“

更多会使炉子里的温度不断上升，提多的温暖吗？”“有了供给你更的燃料，就

，对了，如果温度上升的太高，也许会烤化的。”炉壁想是的。噢“我

炉壁永远烤升高。”现在让“好了，我们设想有一个不化的炉子，温度任意可以让炉子里的

有神话中拥有。”的魔鬼或巫师才“啊，这种炉子只

“现在让加热前的温度为２０℃初始状态，比方说，炉膛的体积为１一个度是怎么回事００升，我们给这个魔炉。对了，你知道温吗？”

处运动“我的课本上说，当的原子或分子会地四些粒子的运动速度就物体被加热时，它动的能量多少而已。”会越大。温度只不过来，不停是表明原子或分子运不安分起。温度越高，这

我们把炉膛里的空什么也没的意思是指没有任有。‘什么都没有’气全部抽光，让炉子里“你学得不错何物质。”。现在让

是真空的？”“你是说炉子里面

么事情？”“对。现在开始加热，猜猜看会发生什

再是真空了。”炉子里将不“我猜想

炉膛。”周辐射电全正确。这，其中包括了时组成炉膛的“完原子会不断地向四磁波光子，充满整个

“喂，等一下，什么叫系吗？”光子，它和光有什么联

照耀着万物，但实是一种电磁波。虽生活中，我们感受到量。”“光子是一子与人们所解的概念。我想你做一个光子。光是，它们已经知道，光子，个不容易被人们理认识的其它一些粒。只是一份光光与下一份的量非常微小，运动的们在我无论是量进不断地常的质量不同。的质量，但际上，光的传播是以的然日份一份地落可能察觉这一份光的时间间隙。速度非常快，使我们不质子或电子，都有自己科学家们把一份光叫的头上的一定行的。也就是说，光的光似乎是连续是光子没有如电子和质子的区别静止质量，但它具有能是一

样的粒子存在。”“我很难想象有这

而不能单独存在。然粒子的行为与宏观的世先入之见，即能量必子。这在爱因斯坦的而，光就不奇怪了。”方的乘积。的质量就好像是凝固质量，但是有，绝大多数人与你一界联系起来，人坦的著名公式中存在着没有物理世界中，一个物体的粒量。因此光子难想象宇宙的能。你的粒子样，也很能量质量，但有一定能量，能量等于质量与光速子恰巧是一种没有部分，们往往有一种静止平说明人们“的确须是有质量的物体的一也许知道爱因斯更习惯于把这些微以能量的形式存在也观

光子既度应该有关系是运动的能量，它同温“我有些明白了。然吧。”

０亿度时，个电子。”一回到持续上升的。当炉子里子在碰撞时，会无中生魔炉中。且气体的能量是的温度达到６可以理解为炉膛中充拥有很高能量的光大量的光子由有地产生一个正电子和两个“是这样。还是让我们满着光子气体，而于温度的升高而产生，

本中电荷的吗？我的物理课说电子带负电荷。”“什么？电子也有带正

不久，米利肯便承认，纪３０年代初，美国看上去就像荷，发现了一种奇特的现象他对安德松说那到反物像往常一样观“噢，质相继被人们找到痕迹。如果在云室个磁场，带电荷的粒子，就可以根据粒下一条像喷气式飞子的反物他粒子命名为正电一种新的特殊的粒子。当他把不过是普通的质子的利肯对宇宙射线下来，它的弯曲程度又与电德松发现的是带有9有一种粒子的痕迹初子有差，度推算出粒子本身这就要提利肯时，。接种反物质。此后，各种，轨道呈弯曲状。这样喷出的羽烟似的种粒的工作，他正如它的电安，子。这是人类特性设计了一座大型云室研究，的告给米安德松开始了一天云室时，尾当粒子穿过粒子。于是他又研究了许同样轨迹德松有所解释。于是，察云室里拍摄的32年8月2日清晨，子轨道不同的子是个重大发现，它质了。在２０世安粒子轨道照片。突然趣，他的助手行时在经过时就会发生偏转米利肯也感到迷惑不解，他又想这一发现报。”机高空飞多的质量与电子弯曲程的研究产生了浓厚的兴异，这种粒子很像发现的第一这，比电子的轨道，但是卡尔?安德松为了进行一样，但是带有正电给安粒部会留性。1的照片，并发现了一些电荷的电子德松给这种轨迹。但过后的罗伯特?米中设置一。

”“组成我身体的各种粒子都有反物质吗？

”。不过我们物质极少，不要担心。一个反物质的你相撞“当然，如果你与你就麻烦了生活的世界中，反，

。你说的各种粒“那我就放心了子也括光子吗？它可是不带电的。”包

，会发生爆近它的反粒子时粒子接光子本身。当一个，互相消耗有它的反粒子炸对方，同归，即“是的，光子也于尽。”

课本里能从一种形式的说，物了，什么都式的物质。”“你质是不灭的，它没留下来只是说两个粒子就消失物质转化为另一种形吗？可是我的

碰撞时，物质，与但同时会有两个光子了。”电子，物质转例子来说，当与正电子会在爆炸中消失灭’。诞生，也就是说它的反粒子举个称两者会发“课本是对的。粒子为能量的形式相遇时，科学家通常生‘湮化

也可形式喽？”“那么反过来，能量以转化为物质的

。”电子和一“达到很高的能量时，电个正炉子中了。两个光子在子，这就是碰撞会产生出一个量转化为物质的例子能你真聪明，我们又回到

物质。”会产生越来越多的反。如果我给炉子更多的燃料，它，就会“太有趣了，不产生反物质高炉子的温度里面就断地升

会有一个电子与达到60正电子发生湮灭而两个光子撞击产这样。当炉子里的温度和正电子时，同时一种平衡状生成两个光态。当与能量的转化就达到了子。”“理论上是，空时间中的物质亿度生电子

、正电子，“现在，炉子里有电子还有光子。”

带电荷；它的质量普通物质的能量交产生两个光子。但0微子有一个性质很子一样，不个电反应。”很轻，大特殊，它与微子和一个反中微子上可以穿过较中微子。当一太阳或地正电子互相湮灭时中微子和反年代发现的，它概只有在少数情况下，它个电子质量质发生换特别弱，因此它子和一的数万分之一。中球，但是几乎不会与物们会湮灭为一个中中跟大规模的物体，比方说世纪5。中微子是20，一般都是“还应该加

个怪家伙。”“真是

大型加微观世界里的大家/反中子质，质增加到。这时，两个光子或对。这个过程已经在中子这些温度又增加了10倍时子和10万亿度了，取代它们的并不长久，当子或中子克和胶子。”正电子“好了，现在让我们的化’被烤‘到了。然而质子与质子/反伙速实验室中被人们观察中子的命运是夸一个电子与一个的湮灭可以产生出魔炉的温度

质子或中子是由3个夸克介绍夸克的文章。带的电志上看到过组成荷不是整数的。”“我在科学杂夸克的，而且

个质子或中子。种粒子，这就是种带“看来你懂起，共同组成了一起，质子中还有另一2/3个电荷，另胶子。胶子使夸得不种，一克紧密地靠在一一种带1/3个少微观夸克分两个夸克和睦相处在一世界的知识。”电荷。为了使3

妙，但人们在实验室和夸克了吗？”“听起来很奇里发现胶子

的膛里的东西点一下“很遗憾，过程中，有时理论跑”还未能将夸克和胶子至今人们胶子。在理论世界里。在科学活子。夸克和胶子目前在后面。还是让我们清吧，电子、正电子、炉真正列为可以在实验的前面，还生实验甩光子、中微子、反中微子、夸克和发展有时又会被直接观察的自由粒

看样子您又火了。”打算向炉子里添柴“

生的温度，因为理论拥们的炉子都是想象的，空间的概“哦，普通的柴和科学温度计的刻度达到产在实验室中永远也不会了1万亿亿亿度，这是是不可能提供如奇怪的。现在家是这样说此高温的。不过既然我有一上认为‘此时’时间火念都将彻底崩塌，的。”种特殊燃料也没什么

来时间和空间也会“原被烤‘化’”。

有意义的。”是个未知数的温度最终停在1亿亿温的王国中是有的粒子都会被发生什么，仍下会烤‘没化’，粒子的概念，所“让我们的魔炉，也亿亿度。在这个温度在如此超高许到了这个温度

“噢，不要在。”空间和各种温度了，没有时间、解的世界粒子，这不是我所能理谈论升高

（二）：魔炉大爆炸

炉让我们进壁去掉。”行实验的最后一步，把“好吧，

远越“噢不！这样会发生巨爆炸的。我得越还是躲大的好。”

为了保证我们的安全空间去吧搬到很远很远的地方“这种爆炸的烈度，即使躲到月亮上际空间中。现在去。你感到安全了吧。”会把炉子，而且是200亿，我去都没有用处。年前的星那就把它送到星际

”觉不到“现在我还感大地在颤抖。

子和转化出来1亿亿亿亿们叫这种东西为‘等掉炉壁，放出加热到力和温度的“万分危险的实验开里，由于压闭住的炽热的等离控制，以光的速度向现了始了。去子体立即失去了降低，等离子体中出。在的质——科学家度的‘东西’外飞散，引起了爆炸中子。”子体’。原先被封离很短的时间

。”“这是刚才升高温度的逆过程

的下降多粒子诞生出来，比使许“对，温度方说——电子。”

奇怪的。”“这没有什么

是的，这“不爆炸。”尘埃中既然有了质子和电子，就会产生出程。一个十分重要的过另外的一些物质后

子结合和一个质想想，一个。啊！是氢原子。”“让我电子

‘制造’出了重要的物质我们便成功地从纯能量中—氢原子。”子。这样‘虚空’中、从“是的，是氢，原

太阳系、地球和我们基产生其它“氢原子是场爆炸产生了宇宙中料，难道说，这样的一各种元类吗？”人的的一切物质，银河系、素本原

科学家中这”种理论是最流行的论宇宙诞生的一种理。如果你生更详细地讲述。把宇宙诞，就是关于——大爆炸理论，在“刚才我们谈论的内容心听，我乐意愿意耐

“让我始吧。”们现在就开

亿度的时期，家还不敢炉的最高温度1亿亿亿妄下结论，谈就是温度大于魔，科学论有对于这个阶段关的细节。”“宇宙诞生的第一阶段，也

有不知道的东西。可以原谅。“人类总是”

到刚第二个阶段是温度下降此时能量产生出，夸克、电子第三个阶段温度继才的1/10产生了。，各种粒子的能在这个阶000的时期，续下降到100万段胶子等都、中微子、光子、种可能“量大大降低了。”物质。在宇宙中充满各的粒子亿度以下

质的产生有关系吧？”和物“能量的高低

光子克和胶子便开始大量及质子和时期，从宇宙电子对，两个胶子的秒的时000秒只。”瞬间的，一定、中此后进入到电子、正电子、间。微子以毁灭，夸克与生后的1/100夸克冷却阶段，只有在阶段的时遇导致了湮灭，产生出某些反应反夸克的相灭也能转化才会发生而夸克与胶子的相0000秒到1/1中被称为出两个光子。。前三个的能量范围内，两个光子或电子与反第四间过程是是的，第三个阶段又遇使质子和中子的诞含有有1/1000000中子00秒年龄的宇宙生成。此时夸克、反夸“为可能。因此，1/10个阶段——质子诞湮

在飞快地运动吗？”些粒子还“这

“以光速运0”第五个阶段，即1/迅速降低。进入到动，并伴ደ秒，宇宙的温度逐渐下降到1度的随着温亿度左右。1000秒到1

壁刚撤去时还是凉快很热，但同炉多了。”“虽然还是

的光子和中0秒到30子。第六个阶段从10最0“第是电子辐射和正电子的湮灭，产生五阶段量的光子。在第五阶段的宇宙，微子构成的，当然，还有质子和中亿度被称为分钟。”重要的了大结束时，宇宙是由约1过程

只是个出生半小时的婴儿。”“啊！宇宙此时

不是一种稳的结果会产生氢核的“三宙的温度下降竟是能够产一定的能量加入，会使它很容易生的一个中子。不过宇宙毕一种两个中子组成的粒子就到9亿度，质子地蜕变为一个质子和碰撞—碰撞时，很容易形分钟和中子的碰成一个由两个质撞现象开始频繁出现，氘。氘粒子并后时，宇定的粒子，———氦核。”子和。当氘粒子相互之间

是会产生更它元素周期表的第二号元“氦我知道，多的粒子呢？”素。氦核的存在是否

宙中的物质由氢原子和质子和氦核不断地相互碰撞，宇宙进入了原第七阶段结束时，宇子时代，“是这样。从宇宙诞生原子或氦原子。因此当和氦核能够借助引力捕捉在它们周围运动的电电子、度里，后的30分钟到100宇宙中的温万年的时间氦原子构成。”使质子子，从而形成了氢

界里的各种元素氢原子和世。”子的组“接下来就简单了。从合中一定诞生了氦原现在

恒星和生命。在一直生和星系，它们有的大约是在这个阶的很长久；在距今互组合，产生八阶段刚刚，但是从那以后在这个阶段相只不过是。”，从100万年到了千姿百态物质到今天我段产式，形成了星系、200亿年，原子气体构成的际间的尘埃相互凝集在星形，形成了行星，地开始时，宇宙仅仅是由昙花一现，有的则存50亿年前，星生的命诞生于宇宙之中“你说的正得越来越复杂，先是产过了十几亿年，一种热的氢原子和氦一起。又第是宇宙发展的第八阶段在的结构变球也生了恒们谈话时，宇宙的

，所有的一切。”是，宇世界“是不是可以这样说宙有它固定的规律命中注定的都，一切物都在这些规律之下运转质

生了原子核，原子——星系、行星和在宇宙的起始点和中子，进而产间的万物素的组合构成了世样的。200确是这元成各种元素，克构成了质子亿年中所发生的事情，定了，原始随后诞生并堆积—大爆炸时就决的粒子演变出夸克，夸和演化来说，的生命。”“从宇宙的产生

是一种会“难道人类轨类力吗？人类毕竟思考的生命些可以发挥的在这个过程中就无能为的冷冰冰的发展过，而且还掌握了一宙完全从属于宇迹也许并不是程。”威力的知识和工具。人

一环，发展个宇宙相比，是醒你？这是个复杂而有趣“，人类目前。”想，但我要提比，又是多么的无知同整域了。人类到秘相尽结论或虚如此的渺小；同宇宙中无无缥缈的奥还是改的话题。我不想对这个的猜变宇宙这可能要属于哲学讨论的领问题来一个武轨迹的终断的底是宇宙演化中的普通极力量呢

（三）的余烬：宇宙爆炸

宙在200亿年前发。”几百万年人类只是在学家们是如何知道宇“这个问题我并不急于前才出现知道答案，你还是回答我另一个问题吧：科的后生了大爆炸的？的，而生命出现显然在大爆炸之

代初，美国了商讯宇宙射线。”“这就说来话长了。任天文学务是改装一台巨大的天线，用星进行无线电通。然而天文学家是不会20世纪60年一家?彭西亚斯，另两位天文商业目的副业’，用来研究业的目的而存在就太卑威尔森。它来同第一颗广播卫学、挣一点零花钱的验室雇用了两名年轻的是阿尔诺的贝尔电话公司实台大天线搞一点‘，科学如果完全为满足于完成一项位叫罗伯特?微了。两人想用这家，一个的

什们一定发么。”“他现了

的线对上发现了很强的春天，相当于多少度这种无线电噪声似乎无线电噪声。在接乎是温不论把这台精密你知道3k奇怪，但是似乎不与种波长为7.35厘米体辐射出的射线。波的产生寻吗？”4年“196天无关。电度为3k的物，都能接收到这其源头，似现了一个非常独特的现受信号噪声出现并天线的指向时会有准什么方向厘米的波长的无线电波。彭西亚斯和威尔森发象。他们在7.35

。你所说的3k是指开氏温度，于摄氏零下下273度，由的刻度单于两种温度它的最因此3k应该等270度。”位是一样的，低温“让我算算度0k是摄氏温度的零

大量的光辐射的射线。”些光子还将会以均无波背景辐射。背炸’理论，是由乔治于1理论开始并不为天射线存在于定会充满很热，中宇宙中，这种射他在。迅速膨胀引起的这果景辐射来源于‘热爆1948年的一篇文章0k温度的物体所文学家所接受，因为如的混合物，大爆炸是。伽莫夫埃。‘热爆炸’称为宇线相当产生的尘线电波子，宙微中提出，宇?伽莫夫提出来的把两位天文学家发现的发现的原子由混合物的“完全正确。人们也就是当时大爆炸在地球上和宇宙无比的核宇宙起初粒子宙匀的无线电天人们的原始状态是一个奇热认为，今那么宇宙中肯

现这种的人们并没有发“当时辐射，是吧？”

;；宇宙中括在大气层之外的人造他们测得射的温度亚斯和威尔森的发现们明白，实验，排除了大气度还在宙将只炸’理论也就不为人的宇宙射线的温度的，人们在彭西炸的余音。宇宙尔森发现了宇宙射线的的余音是越来越弱这种无线电射线就“对，因此‘热爆是，其中包是2.7;k背景辐所重视。而当彭西亚由进行了无数的实验不断地上的话，学家们计算，10亿年背景辐射后，人斯和威后，如果人类还存在的宇宙大爆的光子的数目和温下降，科卫星有2.5k。”层的干扰后之后，所测得的宇

他的理论后宙正在变的越来越说，宇冷呢？”不是可以这样来被“是

“是的,宇向炉子里添一些煤不仅会变冷，还会变暗宙像有些冷，。喂，屋子里好”吧？

爆炸吗？”也会句，我们的炉子的。顺便问一发生大“好