有人問:構成宇宙的基本物質有哪些?
這個問題有點模糊,我們可以分幾個層次來說。
什麼是可見物質呢?就是我們地球啊,地球上的人啊豬啊貓啊狗啊,江河湖海、山川曠野都算,加上日月星辰、星系星雲等等,凡能夠見到的都屬於可見宇宙,這些所有的,包括宇宙塵埃都加起來,只佔宇宙總質量的4.9%。
而不可見宇宙由暗物質暗能量組成,佔據宇宙總量的95.1%。其中暗能量佔據68.3%,暗物質佔據26.8%。也就是說可見物質只是暗物質的不到五分之一,是所有看不見東西總量的二十分之一。
這才是科學與吃瓜群眾不一樣的地方。吃瓜群眾認為眼見為實,科學認為實驗觀測才能證明。所謂觀測不光是觀,還要「測」。這麼一測,就測出了宇宙中異常現象。
根據萬有引力定律,一個星系的質量完全不具備保持這種狀態的引力,經過計算形成這種引力的物質比可見物質大若干倍,於是人們把這種物質稱為「暗物質」。研究發現,這種暗物質是將宇宙連接起來的主要力量。
進一步研究發現,宇宙膨脹在不斷加快,其中起主導作用的是某種力量,這種力量就是所謂的暗能量。這種暗能量不斷的消耗暗物質,使得宇宙質量不斷減少,從而膨脹加快。暗能量是驅動宇宙運動的主要力量。
暗物質和暗能量都都不會吸收、反射或者輻射光,不與電磁波發生任何作用。而人類現代所有的觀測都是通過電磁波,包括可見光和不可見光,因此無法使用現代技術直接觀測到暗物質暗能量。但通過間接測算,這些物質都是在那裡主導和影響著宇宙運行。
幾十年來,科學家們花費巨大的人類物力財力,企圖讓這些隱藏的玩意露出其本來面目,但迄今收效甚微,對暗物質暗能量的研究還只能處於猜想狀態。但這種能量和物質的存在已經確切無疑。
從這個意義上來說,是不是暗物質暗能量是宇宙的基本物質呢?如果不是,那又如何解釋宇宙的命運和歸宿都取決於暗物質和暗能量的較量呢?
不過最終誰是勝利者,將決定宇宙歸宿的不同。
如果一直是暗能量佔主導地位,宇宙將永遠膨脹下去,最終有兩種歸宿。一種是大撕裂,宇宙中可見物質承受不了膨脹速度越來越快,上到天體,下到原子、質子、中子以及電子等各種粒子都被撕裂,現存可見物質將不復存在。有科學家計算出這種撕裂的時間只有260多億年。
還有一種死法就是永遠膨脹下去,所有天體相互距離越來越遠,宇宙可見物質越來越疏鬆,最終相互都看不見,恆星等宇宙能量全部消耗殆盡,空間密度為零,溫度為絕對零度,宇宙以熱寂或冷寂方式死亡。
如果最終暗物質的力量終於反敗為勝,宇宙膨脹到一定時間會到達一個臨界點,然後開始收縮,在引力作用下收縮越來越快,最終導致時空塌陷,歸結到奇點。這種死法是宇宙從哪兒來,又回到哪兒去。宇宙從一個奇點大爆炸而來,又回歸到一個奇點,時空在那裡開始,又在那裡終結。
或許在遙遠的某一個時刻,宇宙又會在爆炸中出現,但那已經是另外一個宇宙了,與我們沒有一根毛關係了。我們人類以及所有本宇宙的文明,在本宇宙尚未終結前,早就完結了,完結的一點遺蹟也沒有。
在宇宙可見物質中,最多的是氫,質量約佔可見物質總量的75%;其次是氦,約佔可見物質總量的24%;還剩下的約1%,是其他的各種元素。這些元數據包括氧0.085%、碳0.036%、氖0.012%、氮0.011%、鎂0.004%、矽0.004%、鐵0.003%、硫0.002%等等。
我們現在已經發現宇宙中存在118種元素,氫和氦是最輕的元素,在宇宙天體元素豐度研究中,一般把氫和氦以外的元素稱為重元素。宇宙中存在的118種元素在地球上都存在,其中有92種是自然界發現的,26種是人工製造出來的。即便是人工製造的,也是自然界存在的,否則是無法製造出來的,只不過這些元素或極微量或半衰期(壽命)太短,難以在自然界存在而已。
太陽元素與宇宙豐度差不多,只不過重元素多那麼一丟丟。因為太陽不是宇宙原始星雲所生,而是誕生於一坨超新星大爆炸後散布到天空的次生星雲,其中已經蘊含著恆星核聚變和超新星大爆發激發出來的重元素。
地球質量只有太陽的33萬分之一,是太陽系中重元素的聚集星球之一,元素豐度當然與宇宙完全不同。
在地球上,各種元素的豐度為:氧48.06%、矽26.30%、鋁7.73%、鐵4.75%、鈣3.45%、鈉2.74%、鉀2.47%、鎂2.00%、氫0.76%、其他0.76%。
在地球上生存的生物體內,包括人體,也是由這些元素組成,人體內常規元素有60餘種,包括不常見元素,幾乎攘括了全部已知元素種類。所以,我們認知的世界,都是由各種元素組合而成的,包括人類。
因此,我們按照宇宙中可見物質元素豐度來定的話,是不是氫和氦是宇宙中最基本的物質呢?
如果按照物質的存在形式來分類,我們地球上的物質主要有固態、液態、氣態。但在宇宙中,人們發現物質形態已經有了8種,除了我們地球常見的三態,還有等離子態、波色愛因斯坦凝聚態、費米子凝聚態、電子簡併態、中子簡併態等。
這些物質形態我在過去問答和文章中都多有闡述,有興趣者可以前往查閱,這裡就不多扯了。
地球上,最常見的物質形態是固態、液態和氣態。
我們使用的各種工具和衣食住行,大體都是固態,江河湖海是生物生命的基礎,是水,屬於液態,我們呼吸的空氣看不到,但無處不在,屬於氣態。
而在可見宇宙中,最常見最多的物質形態是等離子體。
所謂等離子體就是由被剝奪了部分電子的原子團,與脫離原子的自由電子團攪和在一起的「電漿」,整個「電漿」還是呈中性,其運動受電磁力支配。簡單的說,就是宇宙恆星都是由等離子體組成的球,這些等離子球佔據了宇宙的可見物質的90%以上,向太空源源不斷的輻射出能量。
從這個意義上來說,等離子體才是宇宙中最多的囝形態,是基本物質。
根據宇宙可見物質和不可見物質總量劃分,不可見物質是宇宙的基本物質,其中最多的是暗能量,佔有宇宙總量的68.3%;
根據可見物質中元素豐度來劃分,氫元素是宇宙中最多的元素,因此是宇宙最基本物質,佔可見物質的75%;
按照物質的不同形態來劃分,等離子體是宇宙中最多的物質形態,因此是宇宙基本物質形態,佔物質形態比重的90%以上。
不知道這位朋友對這種劃分滿意否?大家認為宇宙的基本物質是什麼呢?各抒己見吧。
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