費(fèi)恩曼物理學(xué)講義:從星空俯視萬物

費(fèi)恩曼物理學(xué)講義


這無疑又是科學(xué)史上一部絕佳的科普書籍,想要弄清學(xué)科的本質(zhì),多讀一讀這些科學(xué)著作其實(shí)是很有必要的。

從最小的分子談到莫大的宇宙,我們站在星空的高點(diǎn)俯瞰這大千世界,有一種不可言明的頓悟——萬物眾生無非是粒子,作用力,運(yùn)動(dòng)三種因素達(dá)到和諧的相互影響相互作用之后的結(jié)果。

列文虎克為人類打開了一扇新世界的大門——細(xì)胞的結(jié)構(gòu)第一次完整地展現(xiàn)在人類面前,自此對于細(xì)胞的研究腳步就從未停止,施萊登和施旺提出了細(xì)胞學(xué)說,動(dòng)植物都是由細(xì)胞構(gòu)成的這一學(xué)說將生物與物質(zhì)聯(lián)系起來,讓人類意識(shí)到非生物與生物之間的聯(lián)系。

隨著電子顯微鏡的問世,細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)一步被發(fā)掘,細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)展示在了人類眼前,雙層膜內(nèi)膜曲折的線粒體,類囊體堆疊如蒸籠的葉綠體,如同生產(chǎn)流水線一般不斷加工蛋白質(zhì)的核糖體,都讓我們深深著迷。

而深藏在細(xì)胞器之中的,則是自然界中常??梢哉业降姆肿雍驮?,他們在其中有序地溶解,擴(kuò)散,碰撞,重新組合,然后產(chǎn)生出新的分子,噴涌,迸發(fā)出巨大的能量。

讓我們將目光放在構(gòu)成物質(zhì)的原子上,它們有著密度極大的核心,周圍則是受到電磁力作用高速運(yùn)轉(zhuǎn)在核外的電子,然而它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)快到不可思議,牛頓的蘋果已經(jīng)無法追上它們的腳步,只有玻爾創(chuàng)立的量子力學(xué)可以幫助我們理解這種模糊而又曖昧的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)——它們有概率出現(xiàn)在核的周圍并且滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)定律,我們用統(tǒng)計(jì)學(xué)概率分布來理解它。

原子不滿足自己的高能量狀態(tài),仿佛一個(gè)處于青春期的維京戰(zhàn)士,迫不及待想要亮起自己的肌肉,和其他同樣躁動(dòng)不安的原子來一場激情滿滿的碰撞。在碰撞過程中,他們的電子云干涉,吸引,排斥,融合,最終握手言和回歸平靜——它們結(jié)合成為分子,如同一對戀人由婚前的熱戀進(jìn)入到婚姻后的平靜生活,碰撞地有多激烈,釋放的能量越多,最后的分子也就越穩(wěn)定。

在生物體內(nèi),甚至在一個(gè)小小的細(xì)胞當(dāng)中,這樣愛恨交織摻雜在原子中間的愛戀和戰(zhàn)爭從未停止,由于生物體內(nèi)充滿了容易受外部環(huán)境影響的酶,它們在高溫下的形態(tài)會(huì)出現(xiàn)不可逆的損傷,所以生物體內(nèi)的反應(yīng)對于溫度的要求極高,對于人體來講,發(fā)生反應(yīng)的路徑往往比體外的反應(yīng)要復(fù)雜的多,體外不需要控制環(huán)境溫度,將葡萄糖變成二氧化碳只需要點(diǎn)火就好,氧氣在高溫中的碰撞足以讓葡萄糖分子變成飛散在空氣中的二氧化碳。對于體內(nèi)37度的恒定溫度,人體用了至少幾十步的反應(yīng)才將葡萄糖轉(zhuǎn)化成了二氧化碳,而且還要在反應(yīng)物和產(chǎn)物中形成循環(huán)避免原料的浪費(fèi)——一系列的復(fù)雜反應(yīng)遠(yuǎn)超人類想象,我們?nèi)绾斡^察清楚這些反應(yīng)的過程?

答案在原子的放射性和同位素的發(fā)現(xiàn)之中。我們將C14這樣的同位素?cái)v入普通的碳十二原子中,讓它們形成二氧化碳分子,這些攙了碳十四原子的二氧化碳分子如同被施加了一個(gè)魔法標(biāo)記,對于捕捉放射性的儀器來說,它們明亮得如同漆黑夜空中的螢火蟲,二氧化碳會(huì)參與各種各樣的化學(xué)反應(yīng),而帶有放射性的碳14原子會(huì)跟隨著反應(yīng)進(jìn)行出現(xiàn)在其它的產(chǎn)物之中,我們可以借助碳14原子給我們揭示出的路徑來探索反應(yīng)進(jìn)行的路徑和機(jī)理。

然而我們的肉眼看不到這一切,我們可以感受到的,是葉片上的一滴露水,是森林中的一片迷霧,甚至是一次砸的我們頭疼的冰雹。

沒錯(cuò),在自然界之中,我們最直觀可以感受到的,應(yīng)該就是無處不在的水了,我們出生的時(shí)候,包裹在母親子宮的羊水中,我們體內(nèi)的成分,70%以上是水分,水是一種絕佳的溶劑,可以溶解多種物質(zhì),并且可以加快物質(zhì)溶解成更小的粒子,加快物質(zhì)間的反應(yīng)進(jìn)程。水也是一種比熱極大的物質(zhì),升高一度就可以儲(chǔ)存巨大的熱量,方便人體反饋調(diào)節(jié)自身溫度。

而水的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的?我們在顯微鏡下俯視它們,一種旁觀眾生的掌控感油然而生。我們可以看到這些水分子并不老實(shí)待在一個(gè)地方,它們會(huì)不斷地運(yùn)動(dòng),分子間存在著一些微妙的作用力,控制著它們之間的距離。氣體狀態(tài)的水分子,相隔千里,執(zhí)手相望淚眼,如同銀河兩岸的牛郎織女,液體狀態(tài)的水分子,若即若離,如同一對正在熱戀的男女,笨拙地想要確認(rèn)對方的心意,而固體狀態(tài)的水分子,受到氫鍵作用的影響,它們結(jié)合在一起維持著冰的形態(tài),如同一對夫妻,小心地保持彼此的距離,互相取暖又避免自己身上的刺傷到了對方。

如果我們用一個(gè)容器裝下這些冰,它們在高溫下融化,氫鍵被破壞,逐漸變成液態(tài),最后一直到徹底分離變成水蒸氣的狀態(tài)——水分子又重新回到了起點(diǎn)的狀態(tài)。

我們觀察水的悲歡離合,只需要短短幾分鐘,上帝旁觀一個(gè)人的喜怒哀樂,可能會(huì)用掉幾十年,而如果我們要像創(chuàng)世者從星空俯視萬物,可能需要人類一代又一代人的不懈努力,甚至需要我們可以破譯時(shí)間的密碼,穿梭在過去和未來。

佛說三千大千世界,有四大部洲,而我們渺小如塵埃,只愿一窺世界的前世今生。

真相只有一個(gè)——對于世界的真相,我們想要追尋到底。

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