首頁>科學>

我們平時無論是看雜誌,看報紙,還是看電視或者上網,那些內容裡頭,如果要表現一些比較抽象的概念,或者說,一些涵蓋面比較廣的主題時,常常會用一些特定的圖形、形象來代表它們。

比如說科學,如果要用圖形來表示的話,你想想看,平時會看到些怎樣的表示方式呢?

有一種圖形大家一定見過:

圖形的中間是一個點兒,然後周圍有三個橢圓形圍繞這它,彼此交叉在一起,每個橢圓形上,還有一個小點兒。這是一種原子模型。

那個中間的小點兒,是原子核,而外面的三個小點兒,則是三個電子,橢圓形是三個電子各自的軌道,它們沿著一定的軌道,繞原子核轉圈兒。

因為這個轉圈兒的狀態,非常像是宇宙空間當中行星和恆星的關係。

當中的原子核就是恆星,周圍的電子就是繞著恆星轉動的行星,所以,這個模型又被稱為行星模型。

什麼是原子?

你知道原子是什麼嗎?你應該聽說過這個名字吧。

原子是構成宇宙萬物的基本單位之一。

從太陽,到花草樹木,到衣服、電腦、單車,再到我們自己,所有的物質都是由原子組成的。 原子這個詞最初的意思,就是不可分割 。

實際上,最早的原子就是不斷被“分割”出來的。

我們可以想象一下,自己手裡拿著兩塊石頭,然後把它們用力砸到一起,就會砸下小碎塊兒來。

好,接下來把大塊兒的扔掉,就拿小碎塊兒,還是兩塊兒,砸到一起……石頭子兒變小了,不容易砸碎,不過,只要力氣夠大,速度夠快,還是可以砸出更小的碎塊兒的。

接下來,就拿更小的碎塊兒砸。總之,就是不斷地去砸這些石頭塊兒,讓它們變小變小再變小,碎到最後,沒法再砸碎,就是原子。

這個主意是古代希臘一個很偉大的哲學家說的。這個跟中國古代哲學家的思路很不一樣。

中國古代哲學家認為物質可以無限制地細分下去。

中國古代有一位大師,他說,咱們拿一根一尺長的棍子,給它中間截斷了,扔一半兒,留一半兒,第一天截完了還剩半尺,第二天呢,是半尺的半尺,是四分之一尺,就這樣日復一日地截,你就是截上一千年一萬年,都還是可以繼續截下去,它是無限的。

中國古代哲學家的這個觀點,被稱為“物質無限可分”,之前古希臘哲學家的觀點,被稱為“物質有限可分”。

現在問題來了,物質,它到底是有限可分的呢,還是無限可分的呢?

到了19世紀的時候,很多人覺得原子已經分得差不多了,到頭了。

所以他們把那個古希臘哲學家的書翻了出來,借用了“原子”這個名字,用來指他們當時分出來的最小的東西。然而沒過多久,又有科學家發現,好像不是這麼回事兒。

原子的內部,似乎還有結構。這事兒可壞了,有結構,說明原子是由更小的東西組成的。

看起來,物質還是可以繼續分下去。但是原子已經太小太小了,小到完全沒有辦法去拿刀切,拿斧頭剁了。要怎麼去分割呢?

什麼是“盧瑟福實驗”?

這個時候,有一個英國的物理學家,叫盧瑟福,他發現,如果想辦法把一些粒子用很高的速度打出去,那麼就有可能擊中它前面的一些東西,從而產生一些奇怪的現象。

他當時用一張黃金做的金箔來作為靶子,把粒子像是開槍一樣,打到金箔靶子上。

他發現,大部分粒子都穿過了金箔,但是有少量被彈了回來。

這個有意思了。盧瑟福經過思考,發現了問題之所在。金箔是由黃金的原子組成的,粒子穿了過去,意味著原子的內部是有很大的空隙的,但是,有些地方又是密實的,能把粒子彈回來。

通過一系列的實驗, 盧瑟福終於發現了原子的組成部分之一——質子。

盧瑟福的這個方法,很快就被科學家們普遍接受了。為了讓粒子能更好地集中目標,也為了讓粒子能以更高的速度擊中目標,科學家們建造了“粒子加速器”。

你自己應該也有這樣的經驗,速度越快,撞擊的能量越大,你站著推別人一下,跟你先加速跑然後在跑動中推他一下,結果是完全不一樣的。

通過這種很強力的撞擊,科學家們慢慢地發現了原子內部的祕密,看起來,原子還不是盡頭,還是能繼續的。

什麼是對撞機?

研究來研究去,科學家也發現了一個問題,就是這個打靶子用的粒子束,速度還不夠快,撞擊的能量還不夠大。怎麼辦呢?

就在這個時候,有個奧地利科學家突然想到了一個很好的辦法,原先大家不是用粒子束去打固定的靶子嘛。但假如說,這個靶子也在以非常快的速度,向粒子束移動呢?

或者說,乾脆製造兩個粒子束,讓它們分別加速,然後彼此碰撞,這樣撞擊的能量不就直接加倍了!

這個主意不錯,科學家們立即行動了起來,把原先的單個的加速器變成一對兒的,讓兩個粒子束相互撞擊,這個時候我們就得到了“對撞機”。

世界上目前最大的對撞機,位於法國和瑞士的邊界。

通過對撞機,科學家們發現,原來 原子可以繼續分下去,分成質子、中子和電子 。

而這些東西,又有可能繼續往下分。隨著對撞機越造越大,粒子束的能量也越來越強,撞出來的碎片也越來越小。

現在,世界上最大的對撞機在歐洲,法國和瑞士的邊境上有這麼一個大機器叫LHC 。

它的主體部分是一個埋在地下的巨大圓形隧道,沿著最大的那個圓走一圈要整整27公里,而隧道本身的直徑則有3米。

好幾千位科學家參與了這個專案的工作,為了讓粒子束在裡面能跑起來,他們甚至建造了一座核電站,專門來供電。

武器越來越先進了,科學家發現問題也來了。原來,物質可能真的不是無限可分的。現在,科學家還在設法建造更好的對撞機,更好的研究工具。

因為他們想解答這樣一個難題:我們的宇宙萬物,到底是由什麼來組成的?

  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 上海光機所研究人員提出一種宇宙學新模型:通過標量場與物質之間的對稱破壞耦合獲得標量第五力