“物質(zhì)永恒不滅”，相信大家應(yīng)該聽到過這個說法，但事實上世間萬物焉有不滅的道理，春去秋來，生老病死，萬物都在不斷變化，物質(zhì)怎么可能會不滅呢？難道是從哲學(xué)上來理解？
古希臘唯物主義哲學(xué)家留基伯認(rèn)為，萬物是由原子組成的，他是最早提出原子論的哲學(xué)家。受到留基伯的原子論事項，他的學(xué)生德謨克利特也支持原子論，不過局限當(dāng)時的條件，他們都沒有證據(jù)，僅憑一個直覺！
現(xiàn)代物質(zhì)組成認(rèn)識過程
現(xiàn)代原子之父是道爾頓，他在十九世紀(jì)初提出了原子論。道爾頓認(rèn)為原子是物質(zhì)世界不可分割的一部分，在化學(xué)反應(yīng)中不會改變，一直保持穩(wěn)定狀態(tài)。道爾頓的原子論是有化學(xué)反應(yīng)支持的，系統(tǒng)的闡述了物質(zhì)的組成，這是人類對物質(zhì)世界認(rèn)識的一個飛躍。
1897年湯姆遜在陰極射線的實驗中發(fā)現(xiàn)了電子的存在，所以他提出了葡萄干補丁的原子模型。但盧瑟福在1908年他在指導(dǎo)學(xué)生做α粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)了原子核，這使得湯姆遜的葡萄干布丁的原子模型明顯站不住腳，繼而盧瑟福的原子模型開始被大家接受，但顯然這里不能缺了他的學(xué)生玻爾的努力。
因為盧瑟福的原子模型中原子核帶正電，電子會在運動中損失能量而掉入原子核毀滅，所以玻爾引入量子的概念創(chuàng)造玻爾原子模型。當(dāng)然盧瑟福也沒閑著，他在1920年發(fā)現(xiàn)了α粒子轟擊氮原子發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，再是他的學(xué)生查德維克發(fā)現(xiàn)了中子。
關(guān)于宏觀物質(zhì)的組成其實到電子質(zhì)子中子這個層次就差不多了。
現(xiàn)代元素周期表是門捷列夫發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)然在門捷列夫以前也有很多科學(xué)家都試圖將有規(guī)律的元素編個表，但沒有一個人有門捷列夫那敏銳的洞察力和眼光。當(dāng)然周期表很多人都會背，但元素是怎么編排序號的呢？它們之間的差別由什么物質(zhì)決定的？
質(zhì)子數(shù)決定了元素的序號，中子數(shù)則決定了同位素
上文中我們介紹了質(zhì)子和中子的認(rèn)識過程，其實質(zhì)子發(fā)現(xiàn)還挺有趣的，1917年盧瑟福用α粒子撞擊氮原子核，結(jié)果得到了氫原子核，所以盧瑟福推測，氫原子核是物質(zhì)最基本的組成。氫原子核中就只有一個質(zhì)子，而中子數(shù)不一樣，則讓氫有三種同位素。
元素之間的差異主要就是質(zhì)子數(shù)的差異，而不同元素就是質(zhì)子數(shù)的堆積，盡管當(dāng)時已經(jīng)搞清楚了這個差別，但即使是最前沿的科學(xué)家仍然搞不清楚這些元素到底是怎么來的，相互之間由有什么關(guān)系！
1920年愛丁頓提出了恒星從氫聚變成氦中獲取能量，1939年漢斯·貝特分析了氫聚變成氦可能的不同反應(yīng)過程，1954年由弗雷德·霍伊爾則從足夠條件下，提出了從氫元素一直到合成鐵元素的過程。如下則為元素的合成過程：
氕 → 氘 → 氦-4 → 鈹-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 鎂-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56
之后的重元素則從中子捕獲和質(zhì)子捕獲以及光致蛻變中誕生，涉及這些過程的有紅巨星、超新星以及中子星合并等，這些都是產(chǎn)生比鐵重的元素的途徑。
所以我們了解了從元素的產(chǎn)生過程，那么元素不會變嗎？
其實這里有兩個問題，需要拆分出來理解，物質(zhì)是永恒不變的嗎？組成物質(zhì)最關(guān)鍵的質(zhì)子和中子一直都不變？
物質(zhì)是會改變的！
上文我們說了在恒星內(nèi)核中物質(zhì)時時刻刻都在改變，從氫聚變成氦，從氦聚變成鈹，再變聚成碳氧等。不過除了恒星，我們地球上的核電站中的物質(zhì)也在改變，比如鈾-235裂變成了氪-92和鋇-141，在它們之后又會繼續(xù)衰變成其他元素，導(dǎo)致鈾-235裂變的是中子，獲得了一個中子的鈾-235原子核不穩(wěn)定，裂變成了氪-92和鋇-141，而這兩種同位素又會繼續(xù)通過β衰變的方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的釹和釔。
裂變和衰變是重元素變成輕元素的一種途徑，過程中伴隨著能量釋放，這是因為讓質(zhì)子和中子聚合在一起的強作用力在并不能無限疊加，在重核中強力維持不穩(wěn)所導(dǎo)致。
質(zhì)子會衰變嗎？
物質(zhì)聚變的終極元素是鐵，重元素裂變和衰變的終極元素也是鐵，所以鐵是物質(zhì)中最穩(wěn)定的元素，當(dāng)然指它的原子核，常見的鐵元素是鐵-56，它由26個質(zhì)子和30個中子組成，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。所以恒星聚變到鐵后再高的能量也無法讓鐵再聚變，因此隨著外殼坍縮會引發(fā)超新星爆發(fā)。
那么鐵元素真的就不會改變了嗎？上文中我們說了中子和質(zhì)子捕獲以及光致蛻變是幾種方式，那么組成它的質(zhì)子和中子就不會改變了嗎？
在標(biāo)準(zhǔn)粒子模型中，質(zhì)子的重子數(shù)大致守恒，因此質(zhì)子不會以攝動的形式衰變成其他粒子，因為質(zhì)子已經(jīng)屬于能量最低的重子了，中子倒是會衰變，自由中子的半衰期大約15分鐘，但在鐵原子核中，中子也是穩(wěn)定的。
有理論根據(jù)物質(zhì)比反物質(zhì)多推導(dǎo)出質(zhì)子也會衰變，但缺少證據(jù)支持，不過即使按推測計算，質(zhì)子的壽命也高達(dá)10^31年，到那會宇宙早已到達(dá)了熱寂狀態(tài)。而近來日本的超級神岡探測器在水中探測切連科夫輻射的實驗中得出結(jié)論：如果質(zhì)子完全衰變，半衰期至少長達(dá)10^34年。
猜測中的質(zhì)子衰變方式：衰變后產(chǎn)生正電子和中性π介子，而中性π介子會再度衰變產(chǎn)生兩個單位的伽馬射線（γ）：
p→e+和π0
π0→2γ
問題已經(jīng)到達(dá)了本源，現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為宇宙中的所有物質(zhì)都來自于138.2億年前的大爆炸，當(dāng)然這有廣義相對論的背書以及無數(shù)科學(xué)家推導(dǎo)出來的宇宙膨脹和原初物質(zhì)豐度和微波背景輻射站臺，我們姑且信之，因為暫時還沒有發(fā)現(xiàn)比這個更貼合觀測的理論。大爆炸誕生物質(zhì)的過程：
138.2億年前的某個時刻，熾熱致密的奇點發(fā)生爆炸，隨著這團(tuán)物質(zhì)的膨脹，宇宙中的四大基本作用力：引力、強力和弱力先后從中分離出來，隨后暴脹開始，這個極速的膨脹將一切都抹平，即使現(xiàn)代仍然可以從微波背景的各向同性中仍然可以觀測到。
暴脹結(jié)束后宇宙中充滿了夸克膠子等離子體，溫度的繼續(xù)降低足以讓夸克和膠子構(gòu)成質(zhì)子和中子，這是未來構(gòu)成原子核的重要粒子，但必須等到講到足以維持原初核聚變，原初物質(zhì)的豐度就是這個時候決定的，這個時間持續(xù)了大約十幾分鐘，簡單的說這個時期決定了早期宇宙物質(zhì)比例，氫、氦以及少量的鋰元素在此時誕生。
從宇宙誕生到38萬年時，宇宙的溫度才逐漸降低到讓原子核捕獲電子，一片混沌的宇宙才開始清朗起來，光子退耦，宇宙中的第一縷光誕生，那是來自宇宙大爆炸的光，其實我們現(xiàn)在依然看得到，那就是微波背景輻射。
到現(xiàn)在為止，我們所說的一切都是能觀測到的，其實宇宙中還有看不到的暗物質(zhì)和暗能量，不過即使到現(xiàn)在科學(xué)界仍然說不清楚那是什么，一切的一切尚在猜測之中，而對它們的誕生，還兩眼一抹黑。
也許沒有人可以回答這個問題，到現(xiàn)在為止一切都是猜測，但量子力學(xué)發(fā)展后使得整個問題有了個猜測性的答案，不妨來看看：
量子論中的不確定性理論告訴我們，時間T和能量Q是一對共軛量，當(dāng)時間T非常確定的一剎那，真空中也會爆發(fā)巨大的能量，因此接下來的事情就非常有趣了！上實際六十年代開始流行一種理論，認(rèn)為引力是一種負(fù)能量，因此在這個極短的時間內(nèi)產(chǎn)生的能量誕生了質(zhì)量，兩者互相抵消以維持整體上守恒，那么物質(zhì)真的就在一無所有中誕生了。
麻省理工的阿蘭·古斯就是這個理論的提出者，他認(rèn)為量子效應(yīng)突然產(chǎn)生了一塊時空，并且極速膨脹形成了宇宙，而他的這個暴脹理論解釋了宇宙微波背景輻射為什么會那么均勻，磁單極子為什么找不到等等，總之暴脹理論已經(jīng)成了宇宙誕生的一部分。
能量誕生了，物質(zhì)從中而來，它會隨著天體演變改變宇宙，它會變得很慢，但最終宇宙有的是時間等它改變！
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