1. 冷知识网首页
  2. 百科

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

宇宙大爆炸

宇宙大爆炸

自从有了人类文明,人类就开始探讨宇宙到底是什么构成的。西方哲学的开端是泰勒斯,他提出万物的本源是水。后来,许多又有许多哲学家提出的了不同的观点。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

在古希腊哲学四大门派中,有一个叫做巴门尼德的,他提出了“存在”,这也开启了本体论,所谓“本体论”就是说,我们感官接触的想象世界并不是真实的,而是存在着另外一个本体世界,它才是世界的本质。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

除了巴门尼德的本体论,其实还有德谟克利特的“原子论”,他认为万物是由原子和虚空构成的。他这里的原子其实和我们现代意义上的原子是不同的。他的“原子”是指不可再切的粒子,而现代的科学理论中的“原子”还可以再继续切分成原子核和电子,而原子核还可以继续再分。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

上文说到的都是西方的哲学的一些观点。其实在中国哲学中,也有类似的观点,这就是老子的“道”,它其实和巴门尼德的“存在”是有点像的,但同时也是有有差别的。老子也认为除了现象世界之外,还存在着一个本体世界,这被他称为道,因此,其实老子的“道”也是本体论。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

我们会发现,无论中西方的哲学发展,都不约而同地把构成世界的基本元素指向了另外一个本体世界,只是中西方哲学对于另外一个本体世界的解释是不同的。这是哲学的观点,也是哲学认识世界的一种方式。

说完哲学的内容,我们来说说科学。其实科学是从西方的自然哲学之中发展而来的。只不过,科学的方法论和认识论后来和哲学区别开来,也就演化出了完全不同的知识体系和世界观。

按照目前主流的科学理论,我们知道,宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

大爆炸之后,宇宙的空间在快速膨胀,温度从极其高的水平逐渐降下来。在早期的宇宙中,主要都是一些高能光子,光子的反物质也是光子。光子之间会发生碰撞,并形成一对正反粒子,比如:在60亿度的环境下,一对高能光子对撞后,会产生一堆正负电子。实际上,在不同的环境温度下,会形成不同的正反粒子,这里对应的温度被称为阈值温度。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

科学家发现,当时每10万亿对的正反粒子还会继续湮灭,产生高能电磁波,最终会有一个正物质粒子幸存。至于为什么会留下一个正物质粒子,目前也没搞清楚。不过,如今构成世界的这些粒子,都是当时的幸存者。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

在宇宙大爆炸38万年后,宇宙的温度降到3000度,原子结构得以形成。这个时期,宇宙内部的粒子主要是氢原子和氦原子,这主要是元素周期表中的前两顺位。实际上,这个时期也是可以形成更高顺位的元素原子,只不过,它们不够稳定,又分裂成了氦原子。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

因此,我们从这个角度来看,似乎构成宇宙的基本物质就是这些基本粒子。那都有哪些基本粒子呢?

标准粒子模型

上个世纪50年代左右,实验物理学家利用粒子加速器发现了许多粒子。当时的理论物理学家因此都有点懵了,他们开始思考如何用一套粒子把这些粒子都放到一起,这也就是后来的粒子物理标准模型,这个理论的基础就是量子力学和相对论。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

在粒子物理标准模型中,一共有61种基本粒子,我们可以把这些基本粒子分为两大类:费米子和玻色子。简单理解就是,费米子是构成物质的基本粒子,而玻色子是用来传递各种作用力的基本粒子。其中费米子包括了夸克、电子、μ子、τ子、中微子。玻色子包括了胶子、光子、Z玻色子、W玻色子和希格斯玻色子。因此,从这里来看,似乎宇宙就是由这些基本粒子构成的。那真的是这样吗?

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

未完待续

实际上,并非如此,这是因为还有太多悬而未决的问题存在。首先,我们要知道的一点是,我们能够得出粒子物理标准模型的前提是我们观测到了相应的物理学现象。也就是说,理论是建立在相应的物理学现象之上,可问题是,人类能看到的物理学现象还很有限。举个例子,在宇宙中存在着暗物质和暗能量,它们不参与到电磁相互作用力当中,因此,我们无法直接观测到它们。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

它们也是宇宙的一部分,那它们是什么构成的?其实我们也是不知道的。不仅如此,它们的占比还很高,目前我们已知的物质只占全宇宙总物质量的不到5%,剩余的95%以上都是由暗物质和暗能量构成的。也就是说,人类发展了几百年的科学,结果只看到了宇宙不到5%的世界,并以此构建了相应的理论。因此,这个理论无法描述全宇宙的情况。

构成宇宙的基础物质是什么?为什么至今还没有人能回答这个问题?

除了暗物质、暗能量,宇宙还有太多迷,因此,我们如今其实还没办法对“宇宙到底是什么构成?”给出一个令人满意的回答。

冷知识网文章,如若转载,请注明出处:https://www.lengzhishi.net/116533.html

发表评论

电子邮件地址不会被公开。