宇宙中的原子總數是不變的嗎?

白話大白話


我先給結論吧,現代物理界從來沒有過“原子守恆定律”,原子總數當然不會永恆不變。

上世紀之初,科學家已經知道原子仍可拆分

同學們上過初中,接受過偉大的義務教育的話,都應該知道,原子本身仍舊有其內部結構,分為圍繞外層的電子,以及具備原子99.999%質量的原子核;而原子核一般由質子和中子組成對不。從這裡就可以明白原子的總量不會守恆了。

舉個例子,盧瑟福同學一百多年前,就依靠用α粒子散射轟擊金箔,來做散射實驗,研究原子的組成,都不知道打散了多少個可憐的原子了。

根據標準粒子模型,原子並不是物質的最基本材料

面對“粒子是個什麼玩意兒”這個近乎哲學的問題,楊振寧已經上交過標準答案!

簡單地說標準模型:費米子是組成物質的粒子,玻色子負責傳遞各種作用力。費米子有電子、夸克、中微子等,相當於構成物質的原材料;玻色子有負責傳遞電磁力的光子,負責傳遞弱核力的W及Z玻色子,負責傳遞強核力的8種膠子。這套模型統一了強力、弱力、電磁力,唯獨缺了引力。

這是目前人類用最強大的粒子對撞機,看到的最微觀本質的物質組成,那麼,是否到達這裡,物質的世界就不可以再細分了呢?丘成桐和王怡芳表示,還早著呢!

尚未證實的宇宙之弦,超弦理論

物理學的最高教義就是大統一,任何一個具備傳統科學素養的科學家,從牛頓開始,都有這個夢想,所以不能簡單的歸類為對與錯來評判。我還是現在這裡聲明一下,這裡是純粹的學術討論,不涉及國家政策範疇。

老楊們的標準粒子模型雖然實打實的獲諾獎無數,但是畢竟還是4大基本力仍舊三缺一!丘成桐以及王怡芳為代表的老王們,當然不服!嚷嚷著,我們搞個更高大上的“宇宙的本質是什麼”!然後就提交了超弦理論。

我引用一段算是通俗的超弦理論描述:物理學家米奇奧·卡庫是這樣從超弦理論的角度來解釋宇宙的結構的:雜化弦由一根閉合的弦組成,它有兩種振動模式,順時針方向的和逆時針方向的,要以不同的方式來對待。順時針方向的振動存在於一個10維空間。逆時針方向的振動存在於一個26維的空間,其中有16維已經被壓實了。(在卡魯扎原先的5維空間裡,第5維被捲成一個圈,已經給壓實了。)

而要看到這根在宇宙中最神秘的琴絃之舞,就是超級粒子對撞機的爭論啦。本貓今天就略過吧。心累......

結語和一點題外話

人類的科學技術,早就突破了原子的尺度,進入了普朗克尺寸下的量子空間,所以,不存在題主認為的“原子守恆”,原子總量一定在變化,至於物質到底存不存在更小尺度的不生不滅?再燒一千億美刀,有可能知道,大家要不要賭一把?

本貓還是希望緩一緩吧,楊振寧說的建議還是很有道理的。


貓先生內涵科普


回答這個問題,要知道物質產生、轉化的方向和方法。

物質的來源於宇宙中的基本粒子,目前人類已經發現的基本粒子有62種以上,如夸克、輕子、中微子,其中希格斯玻色子被科學家稱為"上帝粒子",而且,隨著大型粒子對撞機對粒子不斷地加速,還會發現新型粒子,這些粒子是宇宙中的物質的起源,在宇宙中以暗能量、信息、暗物質形式存在於宇宙中,在宇宙射線、高溫、強引力的作用下,就可以形成新物質,其中,核聚變是一種途徑,宇宙中的黑洞是新物質形成的重要場所,宇宙中的星體包括衰老的恆星都會以能量的形式進入黑洞,在黑洞的另一個出口形成新物質,新物質存在於平行宇宙中。



愛因斯坦的質能方程所揭示就是這種現象。人類能夠實現原子核的聚變,創造了新物質。也能夠實現原子核的裂變。這些,充分說明,物質的最終去向是以能量(各種粒子)形式存在,回到起始狀態仍然是實體的物質。

宇宙中的能量,不可能無緣無故的產生,也不可能無緣無故的消失。宇宙中所含有的總能量是一個定值,最終形成的物質也是一個總量。



如果有原子消失或產生,那消失後變成了什麼?除了基本粒子,不可能"無影無蹤",宇宙在膨脹,說明暗能量和暗物質在增加,"消失"的原子並未消失。當宇宙中的暗物質和暗能量增加到一定的程度,就會有新的星體產生。宇宙就是一個能量和物質的循環體。反過來,宇宙中的物質也不是總是在增加的,當物質量增加到一定的程度時,物質也會"消失"。萬物有始有終,就是最長壽的恆星也有"壽終正寢"的時候,最長壽的生物烏龜,也要變化為粒子進入宇宙中,參與宇宙中的物質和能量的循環。



如果只有產生,沒有消亡,宇宙不復存在,如果只有消亡,沒有產生,宇宙也不復存在,唯有物質和能量的反覆循環,宇宙才能存在。物質不滅,能量守恆。原子不可能無緣無故的產生,也不可能無緣無故的消失,只是人類的科技發展,還不能實現質能的快速發生。總有一天,當人類揭開了光和光速的謎團時,原子的產生和轉化就是一個普通的物理問題了。


理性科普者


嗯,可以從幾個方面回答你的問題。

首先,根據質能守恆,質量和能量間可以相互轉化,正負電子可以碰撞湮滅,正物質和反物質相遇同樣會湮滅為能量,那原子的數量呢?

其次,宇宙中的恆星時刻不停的在進行核聚變反應,最基礎的核聚變是將兩個氫原子聚變成一個氦原子,原子數量有沒有變化呢?

第三,除了聚變反應還有裂變反應,一個大的原子核裂變為幾個小的原子核,同樣,原子的數量有沒有變化?

第四,恆星衰變後形成黑洞,中子星,原子自身都被解構了,原子數量呢?

第五,回到宇宙誕生的那一刻,一切源於奇點的大爆炸,那時候都還沒有原子呢

綜上所述,原子數量並不是不變的


沒有詩也可以有遠方


我想可能不是守恆的,因為當太陽上的氫聚變成氦的時候,原子數就減少了。宇宙中發生大量的核物理反應,質量轉變成能量,這不同於化學反應,原子守恆。



四維科學大師


感謝這個問題,我惡補了自己的物理知識.

這個問題問得很迷!原子守恆定律更適合從化學角度上解釋物質的變化,但是物理上物質的變化用原子守恆定律來做解釋是很牽強的!

從化學的角度上來說:是的!宇宙中原子的總數是不變的,因為化學當中的最小單位是原子,原子不可分,物質在化學變化的過程中保持原子總量不變,因此原子總數不會改變。

但是從物理的角度上來說,宇宙中的原子總數一直在變化,因為物理上的“原子”又可以分為原子核和電子,原子核又由質子和中子組成,質子和中子還能進一步分割!例如氕(piē),氕原子沒了電子之後就只是一個單一的質子了,原子的總數因此而減少了(儘管質子的數量沒有因此而減少)!


精英集


很簡單。由於核聚變和核裂變的原因,宇宙中的原子數量不可能是守恆不變的。恆星級別的系統,核聚變是主要的運行方式,其組分自氫原子而氦原子,再向更重的原子聚變。所以原子總數自然是減少的。宇宙中少量的重元素,一般存在於各類星球的核心處,或者岩石星球上,其核裂變的進行是相對緩慢的,所以這個進程中新增加的原子數量相比於宇宙中減少的原子數量幾乎是不存在的。


郭城3點14壹伍玖


簡單講當然是改變的,原子彈和氫彈爆炸不就是核聚變核裂變嗎,物質和能量是相互轉化的,而原子是物質的一種直觀表現,並不是一成不變的。


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