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纵横宇宙 (四)

微观探奇

2019/06/04   维加斯新闻报
胡昌伟

    四周的景物逐渐变大起来。草坪也在扩张著,地上的小草很快成了芦苇、灌木一般。不久,空中好像飘起了雪花——呵,它们是尘埃。
    漂浮在空气中的固态和液态颗粒物,它们的粒径一般在0.1-100 微米。而直径小于10微米的颗粒物很容易被吸入人体。颗粒物的直径越小,进入呼吸道的部位越深。10微米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道,5微米直径的可进入呼吸道的深部,2.5微米以下的几乎可100%深入到细支气管和肺泡。空气品质报告里的PM2.5,指的就是环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对人体健康和大气环境品质的影响很大。
    “哇,空中还有好多个水泡呢,是牛顿先生吹的肥皂泡吗?”开普勒问
    “哈哈,我们现在看到的水泡直径是10微米级的,相当于最细的头发丝直径,那是哥白尼先生打喷嚏的产物呵。”小张说。
    随着几个水泡的变大,哥白尼的眼睛也在惊讶地睁得越来越大。
    水泡飘近了,变大了。原来,它们是含有气泡、粉尘的水珠。
    “呀,水珠里好像还有小虫哩。“陈子眼尖。
    是的,当这个水珠变得如篮球般大时,里面活动着的虫子已相当清晰了。
    “这些是细菌,它们的粗细实际上还不到头发丝的十分之一呢。细菌的形状千奇百怪,主要可分为球形的球菌、杆子状的杆菌和螺旋形的螺旋菌。“有声音在介绍著。
    ”比头发丝还细得多的东西竟也有生命,大自然真奇妙啊!“亚里斯多德感叹不已。
    ”细菌是单细胞微生物,品种繁多,据估计,其总数约有5×1030。,而且它们无孔不入,到处存在。动物、植物等有生命的物体都是由细胞构成的。构成人体的细胞约有10万亿个以上,而一个正常人,身上的细菌总量达到100万亿以上,竟是人体细胞的10倍。“一种声音继续介绍著。对17世纪前的人们来说,细胞、细菌是新名词,个个听得目瞪口呆。

   
 
    图15 细菌结构示意图

    这时,有个圆柱形的细菌,已变得2人高,横在他们面前。它身上长有几十根毛,有的相当柔长,有的显得短而硬。
    ”这个细菌的短毛叫菌毛,它们有的用于吸附和侵染宿主,有的可传递遗传物质。长而柔的称之为鞭毛,能调节运动状态。它的外部有三层: 荚膜、细胞壁和细胞膜。瞧,它们已经凹了进去,是在欢迎我们进去参观呢。我们就进去吧。“小张说。
    他们向这个细菌移过去,而细菌的三道防护装置随着他们的靠近而不断内凹、变簿,同时又在他们的外面筑起了新的,渐渐变厚的防护墙。他们就这样进入了细胞内部。在这过程中,他们发现:荚膜是粘乎乎的;细胞壁像胶合板一样,由多层粘合而成;细胞膜则簿而有韧性。
    细菌内部充满了半透明的胶体,其中分布著扁平囊形或管泡形的膜性网状物、点状物及一大团绳索状的东西。
    ”这一大团绳索状的东西叫核质体,其成分是去氧核糖核酸,简称DNA,是一种环状双链大分子。”一种声音在解说,“俗话说:龙生龙,凤生凤。生命的遗传奥妙全在DNA中呢。”
随着菌体的膨胀,DNA的结构逐渐清晰起来了。就如图16那样,它是双螺旋结构。另外,在每个人的眼前出现了一幅彩色的DNA结构示意图(图17),并有声音在解说:

   
 
    图16 电子显微镜下的DNA

   
 
    图17 DNA结构示意图

    “DNA由两条链组成,它们沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起,很像一座螺旋形的楼梯。两侧扶手是由去氧核糖(蓝色大球)与磷酸分子(蓝色小球)相连形成的长链;中间的踏板由四种堿基二二配对(红和黄配对,橙和绿配对)与骨架垂直排列在内侧。这些堿基沿着DNA长链所排列而成的序列就形成了遗传信息。基因实际上就是DNA分子中的一个片段,它们好像范本,可以自我复制,是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。DNA是种大分子,它只有头发丝的万分之一粗细,但可以长达上亿万个堿基对。它所具有的资讯自然巨大。
    眼前的DNA越来越粗,并呈现出明显的粒子结构。
    “构成DNA的一粒粒砂子般的东西就是原子吧。”爱因斯坦说。
    “原子?就是由留基伯首先提出的最小而且不可分割的物质粒子吧。他的学生德谟克利特继承并发展了原子学说。他认为,宇宙空间中除了原子和虚空之外,什么都没有;原子一直存在于宇宙之中,它们不能被从无中创生,也不能被消灭,任何变化都是它们之间的结合和分离。现在我们看到,连生命都是原子的某种结合。”托勒密议论说。
    “托勒密先生,刚才我们在宇观世界看到了宇宙物质普遍存在着团集现象。把团集现象倒过来,其实就是实物的可分性:星系团可分割成星系;星系可分割为星球;星球可分割出物体,如此等等。宇宙是否无限可分,这在哲学上一直存在着两种不同的观点。一种是无限可分论,早在西元前三百多年,中国的庄子就说过‘一尺之棰,日去其半,万世不竭。’另一种就是你所说的原子论。”月弓说,“科学家在17世纪~18世纪通过实验,证实了原子的真实存在。它是作为一种元素能保持其化学性质的最小单位。当时也以为它是不可分的。后来,1897年,约瑟夫‧汤姆生用物理学的方法,发现了原子中存在电子,从而粉碎了原子不可再分的设想。”
    “哦,那么再深入一步,有没有不可再分的微粒呢?”
    “可以说有,也可以说没有。”月弓回答,“人类的理论水准和探测手段总是有局限性的,今天的不可分割的粒子,明天就成了可以分割的粒子了。我想,物质是否无限可分与宇宙是否无限大是两个类同的问题。前者是问宇宙可以小到什么程度;后者是问宇宙可以大到什么程度。对宇宙的认识,无论在大的方面,还是在小的方面总会不断推进。刚才我们去的宇观世界,已经突破了21世纪初人类所谓的宇宙疆域。现在我们向宇宙小的方面进发,对宇宙是否无限可分会有进一步的认识。”
交谈中,构成DNA的原子已经增大到小如樱桃,大像核桃。
    “哎,是我眼睛花了还是怎么的,这些原子看上去都好像是一小团云雾状。”有人说。
    “喔,那是电子云。”爱因斯坦解释说,“原子的结构有点儿像太阳系。原子核好比太阳,电子好比行星。不过,原子世界存在不确定性原理,照一般的说法,电子既是粒子也是一种几率波,没有如行星那样的确定轨道。再加上电子绕核的速度非常快,于是就形成了电子云。”
    “哈哈,去宇观、微观的路上,都有云罩雾遮啊。”亚里斯多德感叹说。
    “是呀,其实这云罩雾遮都是乙太在施法。”月弓说,“光障是宏观乙太的作用,而原子世界的电子云应该是微观乙太引起的了。”
    “哦,请进一步说明。“爱因斯坦很感兴趣。
    “形象地说,我们生活在乙太海洋里,时时刻刻都在透过乙太透镜看世界。宏观乙太的透镜效应,即相对论性效应,可归结为宏观乙太密度的变化, 因为乙太密度的变化会引起折射率的变化;而微观乙太透镜要比宏观乙太透镜’粗糙‘一些,可看成是一种微透镜阵列,因此,微观粒子在微透镜阵列中穿行时,其轨迹具有不确定性。这如同摇奖机中的小球,它的行进轨迹具有随机性。氢原子只有一个电子在绕质子转,它的轨迹一般是蛇形的。由于电子绕核每秒可达上千万亿转,因此,看上去像是一团立体的环状电子云。如果是多电子原子,其电子云就接近空心球状了。”
    交谈中,眼前的一个原子已成了直径2米大的云团状。
    “照你说来,对于单个电子来说,是沿着随机而连续的轨道绕原子核运行的。电子云是许多实在的轨道叠加的结果。如果让时间慢下来,我们可以看到真实的电子轨道,是吗?”爱因斯坦说。月弓点点头。
    “小张,能让时间慢下来吗?”
    “可以啊。就让时间也膨胀千万亿倍吧。”
    眼前一个几米大的原子瞬间起了变化:淡淡的云团变成空荡荡的了,中间有个很明亮的点,那应该是原子核吧,周围有8个淡幽幽的小光点在忸忸怩怩地划出各不相同的蛇形轨迹。
    “DNA分子主要由碳、氢、氧、氮和磷五种元素构成,它们的原子分别有6、1、8、7、15个电子。我们面前的应该是个氧原子啦。”月弓说。
    他们进入了氧原子,感到空间里好像充斥着某种特殊的气体,给人一种气压感。
    “这是原子内部的电磁场给我们的感觉吧。”月弓心里想。
    ”世界真的太奇妙了。小小的原子世界,如大大的太阳系世界一样,里面也是空空然的。“牛顿感叹说。
    “这里的原子世界小到什么程度了呢?”张衡问。
    “大约十万个原子围成一圈才一根头发丝粗细,而原子核的直径又是原子直径的几万分之一”爱因斯坦说。
    “呀——”一片惊叹声。
    氧原子核越来越大。看清楚了,这个核由10多个核子组成,它们好像被一种有色胶体束缚起来,互相缠绕着。这种胶体带有两种互补颜色,并且在不断地变换著:一会儿是淡淡的黄色和蓝色,一会儿又成了淡淡的绿色和紫色等等,因此,如果远看,核的总体为白色。
    原子核变得像个太空舱了。他们相继进入。淡淡而色彩变幻的胶体给他们一种粘滞感。
    “氧原子核由8个质子和8个中子构成。在这里,质子带正电荷,它们之间会互相排斥;而它们之间的引力比电力小1600倍,基本不起作用;它们能够结合在一起,靠的是核力,它比电磁力大137倍。两种淡淡的互补色就是核力的表现吧。”爱因斯坦说。
    “嗯,质子、中子等核子由夸克构成,核力是夸克之间的色力场的作用在核子之间的表现。原子核中的两个粒子通常由8百万电子伏特左右的力结合在一起,而夸克则由约10亿电子伏特的力结合在一起。”小张说。
    核子越来越大,只见里面其实也是空荡荡的,有3个不同颜色的亮点——夸克在飞舞,它们分别是理想的三原色:明亮的玫红、柠黄和湖蓝色,使核子远看起来呈白色,但近看内部色彩艳丽
    “咦,核子在不断长大,那3个夸克怎么不长大呢?”陈子问
    ”我想情况是这样的,“月弓说,“我们人类生活在引力场区间里,用引力场乙太性的眼光来看微观区间的物质,总会有一个最小的极限。中微子、电子、夸克等就是我们所能探测到的最小的物质实体,它们在我们看来只能是种点粒子,因此是长不大的。”
    “噢,这么说来,它们就是真正的不可再分的‘原子’啦。”托勒密说。
    ”是的,它们是引力场区间性的不可分的最小粒子。但如果我们能够跳出引力场区间性来看的话,它们应该也是可分的。小张,是吗?“
    ”说得好!让我们换种‘眼光’来欣赏吧“
    周围的景色瞬间变了。原来的3个亮点变成了3个漩涡在在空中舞动着,其中2个顺时针转,另一个逆时针转。它们构成了一个整体,使核子内的流体有序回圈流动。
    “哇,点粒子也蕴含着一个新的天地!”众人齐声喝彩。
    “对宇宙的推究是人类科学发展的动力。在座的各位先贤,你们是21世纪前宇宙学的杰出代表,把‘中心宇宙学’演绎得淋漓尽致。”
    “中心宇宙学?我还是第一次听说,什么意思?”亚里斯多德问小张。
    “呵,这个名词是月弓先生提出来。请月弓先生来回答吧。”
    “中心宇宙学就是以某种物质形式为中心来展开的宇宙学说。” 月弓说,”以亚里斯多德、托勒密先生为代表的宇宙说和中国的盖天说、浑天说等,都是在地球上凭肉眼所看到的对宇宙的描述,它们都可归结为地球中心说;哥白尼先生把宇宙的中心从地球移到了太阳,开创了太阳中心说;地球、太阳是个别实物,等级式宇宙学则是一种综合性的实物中心说;牛顿先生和以广义相对论为基础的宇宙论跳出了实物性的局限,但把引力场当作了宇宙场,是一种引力场中心说。”
    “喔,原来如此!”大家顿觉豁然开朗。
    “是的,实际上,今天到场的先贤,除了月弓先生,都是历史上中心宇宙学的代表人物;而月弓先生提出了‘无穷阶等级式宇宙模型’,宣告了中心宇宙学的终结。宇宙的物质基本存在形式确实是多种多样的,实物是一阶物质基本存在形式;造成真空场现象的场乙太是二阶物质基本存在形式;到70世纪,人类已经分辨出了第三阶、第四阶、第五阶物质的基本存在形式。”小张说,“由于各位先贤的到来,这次活动开展得生动活泼,别开生面。谢谢大家啦!现在我宣布:《宇宙学历史交流会》闭幕!”
    于是,与会的贵客烟消云散,回归历史长河中的朵朵涟漪。


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