世界上有沒有「最小」粒子？

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TOP10

存在「最小粒子」嗎？

在歷史上很長的一段時間裡，人們曾經認為物質、時間、空間這些東西是可以無限分割的。《莊子·天下》中這樣說：「一尺之棰，日取其半，萬世不竭。」用數學的語言來解釋這段話，意思就是你可以把1尺長的棍子進行無數次對半分割，第一次對半分割得數是0.5尺，第二次是0.25尺，第三次是0.125尺……這個過程可以無限地進行下去。亞里士多德也認為，物質是連續的，人們可以將它無限地分割下去，我們永遠也得不到一個不可再分割的「最小顆粒」。德謨克利特相信最小顆粒是存在的，他把這種粒子叫做「原子」。德謨克利特認為所有的物質都是由原子組成的，原子是一種不可穿透、不可分割的實體，一切原子都有著相同的性質，只是在形狀、大小、重量、排列、位置上有所不同。萬物有生有滅，但組成它們的原子卻不會跟著毀滅，只會從死亡的物體轉移到新生的物體身上。質子、中子和電子構成，質子和中子又由被膠子束縛著的夸克組成。質子、中子、原子核和原子那樣，有可測量的大小。德謨克利特說的那樣，只存在「原子」這樣一種最小粒子，標準模型中包括了62種基本粒子，被稱為「上帝粒子」的希格斯玻色子剛剛被找到，這樣標準模型中所有粒子的存在都已得到了證明。時間、空間都表現出不連續的特徵來，因而世界必定不可能無限分割下去，最小粒子必定存在。

公元前四世紀的希臘哲學家

但很早就有人懷疑「物質可以無限分割」的觀念，希臘哲學家

後來科學家們的確發現了原子的存在，但它卻不是最小的粒子，它由

從目前的情況看，電子和夸克似乎都是最小的「基本粒子」。之所以說它們是基本粒子，是因為任何與這些粒子的結構相關的現象，在實驗中都沒有觀察到，它們像是一個不可再分的點，而不像

粒子物理學家們建立了一個標準模型，來解釋目前已發現的所有粒子和它們之間的作用力。但並不像

然而這些今天被稱為基本粒子的東西，就一定是不可再分的「最小粒子」嗎？人們以前曾經認為原子是最小粒子，但後來發現它其實是個複合體。隨著科技水平的提高，今天不可再分的東西，明天有沒有可能發現它又只是個複合體呢？

這樣的過程，有沒有盡頭呢？假如從量子論的角度來看，世界不是光滑的，在粒子世界中，物質、能量、

但這種分割，到什麼時候才是盡頭，最小粒子究竟是多小呢？

TOP9物理學家阿爾伯特·麥克爾遜和愛德華·莫雷進行了物理學史上赫赫有名的「MM實驗」，有了一個驚人的發現：在地球朝著不同方向運動時，檢測到的光速竟然沒有絲毫變化。這意味著，經典物理學的推測完全錯誤，不管你是在朝著光源運動，還是在向垂直於光源的方向運動，或者在背著光源運動，你看到的光速絲毫不會發生變化，都保持著恆定的速度C。愛因斯坦用「狹義相對論」解釋了這一現象。愛因斯坦說，高速運動物體的時間流速會變慢，自身的長度會縮小，正是因為時間和空間存在這樣的彈性，才導致不管你在哪裡、從哪個方向見到的光，它在真空中的傳播速度都是大約每秒30萬公里，從來不會發生變化。愛因斯坦說，世界上不存在「超光速」的運動物體和信息傳輸，這是相對論的基石。愛因斯坦與兩位同事發表的一個旨在推翻量子論「哥本哈根解釋」的思維實驗。愛因斯坦指出，假如哥本哈根解釋是對的，那麼分裂的兩個小粒子之間即使相隔幾十億光年，也必定會存在某種即時聯動，但相對論規定了任何信息的傳輸都不可能超過光速，宇宙中不存在超距作用的因果關係，所以小粒子之間超越光速的即時聯動是根本不可能的，哥本哈根解釋肯定有問題。物理學家阿萊恩·阿斯派克特帶領一個小組做了這個實驗。它的結果意義是如此的重大，以至於被一些人稱為「上帝的裁決」。實驗結果竟然是愛因斯坦輸了，事實證明分開的小粒子之間確實保持著一種微妙而神奇的聯繫，類似於超越時空的「心靈感應」，這種關聯有一個拗口的專業名詞叫「量子糾纏」。愛因斯坦搬起石頭砸了自己的腳，他想用來否定量子論的思維實驗，最後反倒成了否定相對論的武器，這真是一個天大的幽默。

「超光速」存在嗎？

在經典物理中，判斷任何物體的運動狀態，都需要選定一個參照物。對於同樣的運動物體，假如選取的參照物不同，得到的結果就不一樣。

按照這個思路，我們可以推測光速並沒有絕對值。假如一束光向你照過來，初始速度為C，當你以速度V向著光源的方向運動時，那麼以你為參照物，光速就會變成C+V；而當你朝背著光源的方向運動時，你眼中的光速就應該是C-V。

如果情況是這樣的話，那麼就不存在「超光速」的問題了。

然而1886年，美國

後來

但相對論有這樣一個前提：真空中的光速C是一個絕對量，是一切物體運動速度的極限，也是一切實在的物理作用傳遞速度的極限。

然而「超光速」 真的不存在嗎？

相對論的這個前提，現在已經被量子論中的「EPR實驗」推翻了。「EPR實驗」是1935年

1982年，法國

「EPR實驗」表明，確實存在超光速的信息傳輸。

除了存在超光速的信息傳輸之外，事實上超光速的運動速度也是存在的，例如電子錶面的旋轉速度就要高於光速。

超光速確實存在，相對論還能成立嗎？

TOP8

「暗物質」、「暗能量」存在嗎？

按照現有的科學理論，宇宙的構成可以分為三個部分：空間、物質和能量，愛因斯坦的引力理論——廣義相對論，把這三者緊密聯繫在了一起。引力是衛星、行星、恆星運動的主要原因，一個物體施加給其它物體的引力大小，只取決於它們的質量和距離，因而只要觀察物體在空間的運動，就可以計算出引發這一運動的質量大小。

比如在太陽系中，太陽質量所產生的引力，拖拽著各大行星繞著它轉動。離太陽越近的行星受到的引力越大，保持軌道所需要的運動速度就越快。根據引力方程，只要知道了行星圍繞太陽旋轉的速度，以及它們之間的距離，就可以計算出太陽的質量；或者也可以根據後兩者的數據，反過來計算行星的軌道。

廣義相對論在計算太陽系各星體的質量和它們的軌道方面取得了成功。從理論上說，廣義相對論的運用應該不僅僅適用於太陽系，同樣可以擴大到星系層面，能用來解釋星系質量與星系內恆星的運動速度之間的關係。因為一個星系中的大部分恆星都處在星系盤上，在不斷地圍繞著星系中心運動，這和行星在圍繞著太陽轉動沒有什麼兩樣。

然而問題出現了。在所有的觀測中都發現了同樣的情況，那就是星系的質量與星系內恆星的運動速度不匹配，根據引力方程計算的結果，星系必須擁有比現在大得多的質量，才有可能將這些恆星保持在它們現有的軌道上。這些質量到哪裡去了呢？科學家們猜測，星系中應該存在著一類我們看不見的物質，那就是「暗物質」。

這些暗物質自身不發射電磁輻射，也不與電磁波產生相互作用，這樣我們就無法感知到它，只能通過引力產生的效應猜測它可能存在。

「暗能量」的發現照樣跟引力有關。人們想，從引力的角度來看，既然宇宙中的每一個部分都被其它部分吸引著，那麼它應該能夠遏制宇宙的擴張。然而我們觀測到的事實卻是，宇宙正在加速膨脹。這一事實暗示著，必定存在一種東西，在推動著宇宙的膨脹，它是不同於已知的物質、能量和暗物質的東西，人們把它稱為「暗能量」。

對於暗物質是否真的存在，人們其實沒有絕對的把握。因為還存在另外一種可能，那就是也許愛因斯坦的廣義相對論，僅僅只是在太陽系內適用，一旦擴展到星系、星團甚至整個宇宙的層面，那就完全失效了。這種情況完全有可能出現，萬有引力定律只是相對論這個更普適理論的一個特殊情況，說不定相對論本身也是如此，只是一個更大理論的組成部分？

同樣地，對於暗能量是否真的存在，我們目前更是無法確認。

假如愛因斯坦的引力方程在整個宇宙中都適用，那麼根據最近的測量，宇宙中僅有5%的物質和能量是常規物質，其餘是23%的暗物質和72%的暗能量。也就是說，我們目前所能了解的只是宇宙5%的部分，對於其餘絕大部分我們還一無所知。

暗物質與暗能量時刻都在提醒我們，我們對於世界的認知過分依賴於我們的感官和思維。假如有一種事物，既不為我們的感官所感知，又不與我們能感知到的事物之間產生相互作用，那麼我們根本就不可能斷定它是否存在。

暗物質、暗能量是否真的存在？世界上會不會有這樣的事物，它雖然存在，我們卻永遠也無法感知？比如鬼魂、科技高度發達的外星人，還有上帝？

TOP7

為什麼會出現「寒武紀生命大爆發」？

「寒武紀生命大爆發」通常被用來當作否定進化論的證據。

在《物種起源》一書里達爾文提到，自己的理論中存在幾個很難解釋的疑點：

第一個疑點是，如果物種是經過細微的漸變演化而來，那麼為什麼見不到大量的過渡類型呢？為什麼自然界的物種之間的區別是那樣的明顯，而不是彼此混淆不清的呢？假如說那些過渡類型已經滅絕了，那麼就應該要有大量化石證據，但為什麼沒有呢？

根據達爾文的說法，物種的進化，是隨機變異通過自然選擇作用後累積下來的結果，這種變化是漸進的、連續的，這樣一來，就必定會存在大量的中間過渡物種。比如，目前多數人認為鳥類是由恐龍進化而來的，由於進化是連續的，在漫長的演變過程中，必定會出現無數介於恐龍和鳥之間的物種，而且這樣的生物應該很多很常見，然而事實上卻根本沒有。

第二個疑點是，像眼睛這樣的複雜器官的生成，也能用自然選擇來解釋嗎？

一個簡單的例子就可以從邏輯上推翻複雜器官自然生成的結論。「放屁蟲」的防衛系統由以下部件構成的：過氧化氫和對苯二酚、由外胚層腺體產生的酶觸催化劑、儲囊、括約肌、膨脹器、外排導管。其工作原理是，儲囊中儲存著過氧化氫和對苯二酚的混合物，當發現威脅時，括約肌就會像控制閥一樣打開，把混合物送入膨脹器中，然後再注入酶觸催化劑，引發劇烈的爆炸後從尾部的外排導管精確噴出，噴到倒霉的敵人臉上。

如果這種防禦系統是進化而來的，那麼從實用的角度出發，應該先進化出能夠攻擊敵人的化學物來。但過氧化氫、對苯二酚和酶觸催化劑只有三種混合在一起，才有可能發生爆炸，僅僅進化出其中一種來，就毫無作用，它們中的哪一種最先出現呢？而且即便三種化學物質能夠同時出現，如果沒有括約肌這個控制閥門的阻隔，放屁蟲就會把自己炸成碎片，這顯然是不現實的。但是在還沒有化學武器之前，放屁蟲會先進化出一個控制開關來嗎？

僅僅是這樣一個簡單的器官，從邏輯上來說都不可能通過自然選擇作用生成，那麼這一選擇作用，又如何能夠自然生成像眼睛這樣要更複雜得多的器官呢？

第三個疑點是，像蜜蜂築巢這樣極其複雜的本能，怎麼可能由自然選擇作用而獲得和改變？

人在一生中會學習很多的本領，這種本領是無法代代相傳的，即便你的英語學得再好，你的孩子也不可能天生就懂英語。蜜蜂築巢也是一種複雜的本領，這種本領為什麼能代代相傳，蜜蜂們不用學習天生就會呢？自然選擇作用能對此作出解釋嗎？

進化論已經發表了150多年，然而達爾文最初的疑惑，卻至今仍然不能得到解決。假如進化論是對的，那麼會出現這樣的事情，就顯得很不可思議了。

其實除了上面幾個問題之外，還有一件事情對於進化論的打擊更大，那就是「寒武紀生命大爆發」。

達爾文認為是持續不斷發生的隨機變異逐漸積累，最後形成了新物種，那麼可以想像，物種是漸變式進化的，生命由低級到高級依次出現，這個過程發生的時間應該拉得很長。

然而情況並非如此。地球誕生於約46億年前，但物種卻不是在幾十億年的時間跨度內逐漸出現的。化石證據表明，幾乎所有重大生物類群，都是在距今約5億年前的寒武紀，在短短几百萬年時間內一下子突然間冒出來的，這就是「寒武紀生命大爆發」。

這是一次生命的壯麗綻放，其規模之大絕對超乎想像，甚至那時候生物的種類，比現在還要多得多。我們現在能夠看到的生物門類，在寒武紀幾乎都能找到；而那時有的生物，有多達20個門現在已經消失了！

如此眾多的生物種類在短暫的時間內集體亮相，這種現象怎麼用進化論來解釋呢？它更像是大自然一次狂放的實驗，是造物主對於物種的集中投放，其中大部分都是不成功的試驗品，不久後就滅絕了，只有少數存活下來，成為後來所有物種的祖先。

進化論錯了嗎？生命演化的過程究竟是怎樣的呢？「寒武紀生命大爆發」是造物主在集中製造生命嗎？

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