书城科普爱因斯坦的圣经
4162900000016

第16章 新约(14)

可见,只有氢的宇宙将为无生命的冷漠世界。创造了诸多恒星来构成其他的元素。恒星可以超新星形式爆发,分解其内核,令元素广布宇宙,以尘埃和物质填充宇宙虚空。

各核皆得其名。核之得名,以其核中质子数确定。

氦核藉氢与氢之合并而成。增一氢核于氦可得锂核。氢、氦和锂是原本的核,俱为宇宙仅数分钟生命期内由宇宙大爆炸之核聚合过程产生。铍元素含4个质子。硼含5个质子,碳核含6个质子,氮含7个。氧多一个,含8个质子。如此往复,至铀产生为止。铀中所含质子数为92。

这92元素如同人类世代。氢为古稀彭祖,乃祖辈之祖。自以后至千秋万代,各元素都以其父与质子的姻缘而生。

亚当如同原子,夏娃亦同。

亚当娶夏娃,夏娃得孕-

生子如氦。

氦亦为父。

众元素亦照此繁殖,令子孙延绵。

至20世纪,人类抗拒自然法则,继而自造其他核类。照此,人类制成11种重元素。计有镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘和镑。

现代人类继而造更重的元素,计有(D21)(104号元素)、(D24)(105号元素)、(D22)(106号元素)、(D23)(107号元素)、(D25)(108号元素)、(D26)(109号元素)等。但此类元素生命极短,可成活一秒,几分之一秒,或千分之一秒。

第二章:核的结合

众人须知,强作用力令核子束于核中。但强作用力不足以束缚质子及单一质子于核内:单一质子的原子核会分解,因带正电荷的质子会产生电排斥力。强作用力虽强,但不足以克服电排斥力。

如上所见,仅有质子的宇宙为无生命的冷漠世界。大自然即得中子,中子如质子,但无电荷。中子可与强作用力产生强烈相互作用。因此,核中强作用力因中子的增入而强化。原子核因中子的增加而形成。宇宙及恒星的初期即是如此。

氦核为两个质子及两个中子。锂为3个质子并4个中子。铍为4个质子及5个中子。硼为5个质子及6个中子。碳为6个质子及6个中子。氮为7个质子及7个中子。氧为8个质子及8个中子。如此往复。中子令质子彼此分开,弱化电排斥力,所以能够保持强吸引力。

原子核的构成物称为核子。核子为二,其一为质子,其二为中子。

第三章:核裂变

原子核若带太多或太少中子则不稳定,它会裂变成两个或更多较轻的原子核。这个过程称为裂变。因最终质量总数一般少于初始质量总数,质量即转化为能量,据第八律,此质量为一种形式的能量。又因少数质量可转变为巨大能量,则巨能得以释放。所释放的能量约为化学反应释放能量的百万倍。所以核能以千电子伏或兆电子伏为计量单位。

不稳定的核有放射性。这一衰变过程称为放射现象。

放射现象有时以量子隧道效应的形式进行。因难于以机械方式令量子穿过,所以核以相对较慢的方式衰变。由于须克服的量子屏障大小不一,放射性核的衰变期即有巨大变化。此衰变期自数秒至数十亿年不等。比如,氪93的一半在一秒内衰变完毕,然铀238的半衰期则为45亿年。

某些放射性核可衰变成另一种核和一个阿尔法粒子。这种裂变为阿尔法衰变,因一阿尔法粒子得以释放。这一过程可借SU-三型强作用力得以进行。

某些核借中子内在的不稳定性而衰变。新中子在核中更稳定,但并非恒久的法则。在这种情况下,中子可在真空中衰变为一个反电子微中子、一个电子和一个质子。此电子没什么重量,因而以极快的速度逃逸出此核。这种电子即称为贝塔粒子。这一过程称之为贝塔衰变,因一贝塔粒子得以释放。此过程在SU-三型弱相互作用中进行,为亚核中的弱相互力,此弱相互力极少表露,是这个中子缓慢解体的原因。

某些核会在更高能级的激发状态中临时存在。这种核会释放出高能“光粒子”,即一种伽玛射线。受激发的核会释放出这种射线,失去能量,并进入低能状态。在此状态,核处于静止期,不再动摇。这一过程称为伽玛衰变,因一伽玛射线得以释放。此过程因U-1型电磁力得以进行,是电荷及磁体相互影响的原因,控制原子及分子力,也是亚核之力。

这三种裂变过程根据三个希腊字母“α”(阿尔法)“β”(贝塔)和“γ”(伽玛)得以命名,为核衰变最为常见方式。

第四章:裂变链式反应

在某些裂变过程中,中子会释放。如果没有核材料在场,中子会逃逸,不产生进一步的反应,裂变过程就此完毕。但是,如果有大量核材料出现,中子会与其他核子相撞,引发后者产生相继裂变。这些核子受到中子的撞击并产生裂变后,会在其核衰变过程中生成更多中子。这些新的中子会撞击更多核子,引发更多分裂,产生更多中子和更多裂变。这一过程称为链式反应,并将一直持续至核材料耗尽为止。如失去控制,核的链式反应会以灾难性的方式快速进行。由于终极材料中的质量少于初始材料中的质量,质量即转化为能量,据第八律,这种质量为一种能量形式,因为少数质量可以释放出巨大能量。

此链式反应已为人类所掌握,

令人类因此受益,亦可促其毁灭。

第五章:核聚变

两个核子可结合形成更大的单一核子。两个核子的聚变称为核聚变。聚变之所以有可能产生,是因为单一更大核子的终极状态中的质量少于构成两个更小核子初始状态下的质量。聚变主要通过强相互作用力而进行,不过,电磁及弱相互作用力有时候也可以发挥作用。在聚变中,由于最后的核子的质量少于最初的核子的质量总数,质量将转化为能量,据第八律,这种质量为一种形式的能量。因少数质量可释放巨能,所以巨能得以释放。聚变为恒星和太阳的燃料。在此类恒星中,自氦至铁的元素会形成。聚变在宇宙初期进行,从大爆炸产生的一秒至数百秒期内不等。宇宙初期,光元素及重氢、氦、氦3及锂的同位素得以形成。聚变有时也在人造的回旋加速器、核粒子加速器中出现。聚变亦为氢弹爆炸产生巨大能量的原理。

物理学之第十书,称为原子物理学

尔等须遵循此法则,

不可再生二心。

第一章:结构

原子是物质最小的单元,如不施加裂变电荷则不可再分。原子由极小且较重的带正电荷核子和电子云构成,电子云为相对较大、较轻及带负电荷的电子分布。

原子中的电子以量子云形式围绕核运动,量子云最稠密部分是电子最易发现之处。这一量子云为量子物理学的结果,量子定律掌管原子及更小粒子的地带。原子中的电子绝非粒子,而是成片的电子云。

原子的“心脏”为原子核,含一个或更多核子。因此,原子核由中子及质子构成。原子质量数为这些核子的数目。由于质子带一个正电子,原子核的电荷就是这些质子的数量。原子序数就是指这个数字。

第二章:电荷

包卷着原子核的电子云由一个或多个电子构成。由于电子带负电荷,电子云亦带负电荷,该片云的总电荷为电子的数目。如果一个原子的质子数等于电子数,则此原子为中性。一般而论,原子为中性,因大自然遵循异性相吸的法则,因此,电子将因电子力而吸引至原子核。原子核及电子云将束缚在一处,如甲虫之束于蛛网。但能量激发有时候会令两者分开。因此,热气体中的原子常丢失电子,因热能如强风刮断蛛网。非中性的原子将带电荷,转而称为离子。

第三章:大小及重量

核子重量为电子重量的1,800倍,原子重量即由原子核所决定。故此,原子的质量即为原子质量数乘以核子的质量。大部分原子的大小比一厘米小一亿倍。但是,原子的大小,即其电子云的大小,会随电子数量的增多而稍有增大。由于核子的数量上升,原子核的大小也会增加。但大部分原子核的大小比原子的尺寸小两万倍。

如此细小物体的存在有时候令人产生怀疑,但是科学家可进行实验,提供无数佐证以说明原子核并原子的存在。这些科学家相信原子核及原子的存在。另外一些人没有看见这样的实验,只得依靠信仰。

新约之化学书

且听此等箴言。

第一章:元素周期表

第一列有肉红玉髓,有黄晶并红榴石。

元素可列入一张表,这张表如同戏院的座椅,分排成列予以固定。一种元素可坐于某排某列,但只能坐在这个排定的位置。共有7排。前排座椅数为二。二排座椅数为8,三排亦同。四排和五排数为18。六排和七排数为32。然第七排之座椅并非悉数坐定。这就是元素周期表。

元素周期表乃大自然之殿堂。

元素周期表是三要素的集成:一为力,一为原理,一为事实。此力即为电磁现象,是电子束缚于原子核内的原因。这一原理就是泡利不相容原理,为第十律。此律日,相同费密子,比如电子,不可处于完全相同的状态。此事实为,电子有内旋半周期。旋转半周期的粒子有两类旋转:顺时针旋转及逆时针旋转,也称为上旋及下旋。上旋的电子与下旋的电子不同,所以它不是同一费密子。因此,泡利原理可分别适用于上旋及下旋电子。

第二章:价电子、化学族及化学键

在化学世界里,键为桥梁,为连接一分子中各原子的基本单元。理解这些键,即是要明白大自然神圣结构中的规则。构造单元当然为原子。宏观世界即因化学键和原子得以建成。

键有多种:离子型,共价型,同位型,金属型等。原子也有可能通过其他结合机制得以键合,如分子轨道法、氢键、范德华力等。

原子的键合由外层电子决定,称为价电子。其他的电子,非价电子,将占满壳层。

第三章:大分子

小分子合并可形成大分子,亦称高分子。跟原子一样,较小分子可经由共用、重组及交换电子云而得键合。尼龙、DNA和RNA为此类大分子之例子。

较低温度下,键合能力较强,反之亦然,是因为较高温度中,原子震动剧烈。这些震动原子不易进入较低能状态。在高温环境下,化学键会断裂,分子会解体。据此,在足够高的温度下,将只存原子。这就是太阳的情形,太阳之内无分子存在。温度又如风吹水泡。温度低时,风速缓慢,水泡虽有形变,但并无毁伤。温度高时,风力强劲,水泡为之所破。水泡的破裂,类同键的断裂。

较低温度时,分子中的范德华力也会引起分子键合,因为此时力虽弱,但它们具有吸引力,且范围广泛。如温度足够低,分子聚合形成液体、固体、凝胶或细胞。所有键合起源都是电磁现象的结果,因在原子及更小粒子的王国,电磁力统领一切。

第四章:化学及宇宙初期

重新组合发生时,宇宙年龄不到30万年,此前没有原子存在,因宇宙太热。在此炽热宇宙内,电子及原子核在各自的海洋内游动。没有原子,即没有化学存在。但宇宙得以足够膨胀,此后冷却下来,电子及原子核才得以结合。此刻即称为重新组合。从这一组合之后,宇宙即有了原子。创造初始原子的力为原子力。带负电荷的电子与带正电荷的质子之间的电子吸引力使这些粒子合并。宇宙进一步冷却,有些原子便“携起手来”,分子即形成,这些手便是化学的键合。大自然从此开始构造微观结构,最终构成宇宙的宏观物质。起初,此宏观结构仅止气体和灰尘。之后,引力不平衡引起此类物质瓦解,恒星和行星因此而形成。在行星中,化学键合形成岩石和尘土。在此,化学及碳形成有机分子。在至少一个这样的星球上,有机分子自组形成活的形式,此即生命。

新约之生物学书

此为生命起源之书。

生物之为生命,不过雾月水花,

来之如风,去亦如风,

肉身殒灭,一去不再回返。

第一章:生命系统

生命科学就是生物学。生物学植根于化学,化学的基础又是物理学。物理学是人类对大自然基本法则的理解。

一切生物皆对其环境产生反应,或以能量,或以繁殖。能量经由分子的键合来自于化学,又以光合作用来自于太阳,更以热交换的形式来自于地球上的海洋,诸如此类。生物之存在为高度偶然,它们对环境产生反应,感觉周围的存在,利用各种特别的情形,“随心所欲”,往根里说还十分贪婪,因“利”若不能谋则失,失者则亡。总而括之,生物繁殖,一分为二使然,性使然,细胞分裂使然,“排出”子嗣使然,不以类卒。

细胞是基本构成材料,是生命的生化“工厂”。细胞由分子构成,分子由原子组成。原子是四周有电子围绕的原子核所构成。核中质子及中子各由三个受束缚的夸克构成。生物浑身都是电子及夸克。

地球生命多样繁复,现存数百万不同物种,另有数百万种已经灭绝。品类虽多,但是一切生活都有同样的遗传密码,因一切生物皆源自古代共同始祖。芸芸众生,都源自同一祖先。我们都为更大生态系统的复杂生物,此系统叫地球。

第二章:生命的分子

火、土、气、水,

脑波、皮肉、呼吸并血液。

动物的身体皆为有机化合物构成,化合物是由碳、氧、氢、氮及其他元素构成的。碳为有机物质的支柱:通过碳的能力形成四种原子键,原子键使自身与另外一些原子以有机化合物的形式链接在一起。生命由大分子构成,大分子是由数百,数千,甚或数万的原子构成。人体的主要大分子为碳水化合物、脂类、蛋白质及核酸。

碳水化合物是存储能量的大分子。糖、淀粉及纤维素即是其例。碳水化合物中的能量由活体有机物予以利用。

脂类为脂肪及脂类物质,其有两种作用:其一为存储能量,其二为细胞的构成材料。

蛋白质有多种用途。某些蛋白质为细胞的建材。比如,胶原质为骨骼、腱、韧带及皮肤之用,角蛋白为外端皮肤所用,比如指甲及头发。像肌浆蛋白、肌动蛋白及肌球蛋白一类的蛋白质构成肌肉组织的大部分。像白蛋白及球蛋白之类可溶解蛋白出现在血液及奶水中。蛋白质亦为构造新组织的基本材料,为修复伤残组织之必需。蛋白质也是能量的来源。有呼吸能力的一些蛋白质,比如血红蛋白,可在血液中携带氧分。抗体将起防范作用,令人体不受外界物体的侵害。

某些蛋白质称为酶,可刺激并加速代谢过程,代谢过程产生生物学变化,在生物体内产生生理及化学反应。许多种酶的作用类同商业经纪人,它们将两种不同的东西连接在一起,使其产生更快的相互作用。有些酶跟银行家一样,它们借出一些钱,使商业得以加速进行,这部分钱就如同激发一种化学反应所需要的能量一样;这类的酶为催化剂,使这些障碍得以减少,使分子更容易产生反应。经消化过程,酶将分解一些营养物,比如蛋白质、脂肪及碳水化合物,使其变成更小和更基本的分子。有些酶引导这些更基本的分子,直到它到达血管,另外一些酶帮助更大更复杂的分子从较小基本分子中形成。酶有助于存储能量,并帮助能量的释放。酶为生命的必需。所以蛋白质也是生命之根本。

核酸给予指令,它们赋予细胞以目的,告诉细胞做什么。它们给信息编好密码,然后使它传播至其他生物构成物。繁殖期内,核酸使基因信息从一代生物传递至下一代生物。

第三章:细胞

尔等如生物体之原材料。