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縱橫宇宙 (四)

微觀探奇

2019/06/04   維加斯新聞報
胡昌偉

    四周的景物逐漸變大起來。草坪也在擴張著,地上的小草很快成了蘆葦、灌木一般。不久,空中好像飄起了雪花——呵,它們是塵埃。
    漂浮在空氣中的固態和液態顆粒物,它們的粒徑一般在0.1-100 微米。而直徑小於10微米的顆粒物很容易被吸入人體。顆粒物的直徑越小,進入呼吸道的部位越深。10微米直徑的顆粒物通常沉積在上呼吸道,5微米直徑的可進入呼吸道的深部,2.5微米以下的幾乎可100%深入到細支氣管和肺泡。空氣品質報告裡的PM2.5,指的就是環境空氣中空氣動力學當量直徑小於等於 2.5 微米的顆粒物。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分,但它對人體健康和大氣環境品質的影響很大。
    “哇,空中還有好多個水泡呢,是牛頓先生吹的肥皂泡嗎?”開普勒問
    “哈哈,我們現在看到的水泡直徑是10微米級的,相當於最細的頭髮絲直徑,那是哥白尼先生打噴嚏的產物呵。”小張說。
    隨著幾個水泡的變大,哥白尼的眼睛也在驚訝地睜得越來越大。
    水泡飄近了,變大了。原來,它們是含有氣泡、粉塵的水珠。
    “呀,水珠裡好像還有小蟲哩。“陳子眼尖。
    是的,當這個水珠變得如籃球般大時,裡面活動著的蟲子已相當清晰了。
    “這些是細菌,它們的粗細實際上還不到頭髮絲的十分之一呢。細菌的形狀千奇百怪,主要可分為球形的球菌、杆子狀的桿菌和螺旋形的螺旋菌。“有聲音在介紹著。
    ”比頭髮絲還細得多的東西竟也有生命,大自然真奇妙啊!“亞里斯多德感歎不已。
    ”細菌是單細胞微生物,品種繁多,據估計,其總數約有5×1030。,而且它們無孔不入,到處存在。動物、植物等有生命的物體都是由細胞構成的。構成人體的細胞約有10萬億個以上,而一個正常人,身上的細菌總量達到100萬億以上,竟是人體細胞的10倍。“一種聲音繼續介紹著。對17世紀前的人們來說,細胞、細菌是新名詞,個個聽得目瞪口呆。

   
 
    圖15 細菌結構示意圖

    這時,有個圓柱形的細菌,已變得2人高,橫在他們面前。它身上長有幾十根毛,有的相當柔長,有的顯得短而硬。
    ”這個細菌的短毛叫菌毛,它們有的用於吸附和侵染宿主,有的可傳遞遺傳物質。長而柔的稱之為鞭毛,能調節運動狀態。它的外部有三層: 莢膜、細胞壁和細胞膜。瞧,它們已經凹了進去,是在歡迎我們進去參觀呢。我們就進去吧。“小張說。
    他們向這個細菌移過去,而細菌的三道防護裝置隨著他們的靠近而不斷內凹、變簿,同時又在他們的外面築起了新的,漸漸變厚的防護牆。他們就這樣進入了細胞內部。在這過程中,他們發現:莢膜是粘乎乎的;細胞壁像膠合板一樣,由多層粘合而成;細胞膜則簿而有韌性。
    細菌內部充滿了半透明的膠體,其中分佈著扁平囊形或管泡形的膜性網狀物、點狀物及一大團繩索狀的東西。
    ”這一大團繩索狀的東西叫核質體,其成分是去氧核糖核酸,簡稱DNA,是一種環狀雙鏈大分子。”一種聲音在解說,“俗話說:龍生龍,鳳生鳳。生命的遺傳奧妙全在DNA中呢。”
隨著菌體的膨脹,DNA的結構逐漸清晰起來了。就如圖16那樣,它是雙螺旋結構。另外,在每個人的眼前出現了一幅彩色的DNA結構示意圖(圖17),並有聲音在解說:

   
 
    圖16 電子顯微鏡下的DNA

   
 
    圖17 DNA結構示意圖

    “DNA由兩條鏈組成,它們沿著中心軸以相反方向相互纏繞在一起,很像一座螺旋形的樓梯。兩側扶手是由去氧核糖(藍色大球)與磷酸分子(藍色小球)相連形成的長鏈;中間的踏板由四種堿基二二配對(紅和黃配對,橙和綠配對)與骨架垂直排列在內側。這些堿基沿著DNA長鏈所排列而成的序列就形成了遺傳信息。基因實際上就是DNA分子中的一個片段,它們好像範本,可以自我複製,是控制生物性狀的遺傳物質的功能單位和結構單位。DNA是種大分子,它只有頭髮絲的萬分之一粗細,但可以長達上億萬個堿基對。它所具有的資訊自然巨大。
    眼前的DNA越來越粗,並呈現出明顯的粒子結構。
    “構成DNA的一粒粒砂子般的東西就是原子吧。”愛因斯坦說。
    “原子?就是由留基伯首先提出的最小而且不可分割的物質粒子吧。他的學生德謨克利特繼承並發展了原子學說。他認為,宇宙空間中除了原子和虛空之外,什麼都沒有;原子一直存在於宇宙之中,它們不能被從無中創生,也不能被消滅,任何變化都是它們之間的結合和分離。現在我們看到,連生命都是原子的某種結合。”托勒密議論說。
    “托勒密先生,剛才我們在宇觀世界看到了宇宙物質普遍存在著團集現象。把團集現象倒過來,其實就是實物的可分性:星系團可分割成星系;星系可分割為星球;星球可分割出物體,如此等等。宇宙是否無限可分,這在哲學上一直存在著兩種不同的觀點。一種是無限可分論,早在西元前三百多年,中國的莊子就說過‘一尺之棰,日去其半,萬世不竭。’另一種就是你所說的原子論。”月弓說,“科學家在17世紀~18世紀通過實驗,證實了原子的真實存在。它是作為一種元素能保持其化學性質的最小單位。當時也以為它是不可分的。後來,1897年,約瑟夫‧湯姆生用物理學的方法,發現了原子中存在電子,從而粉碎了原子不可再分的設想。”
    “哦,那麼再深入一步,有沒有不可再分的微粒呢?”
    “可以說有,也可以說沒有。”月弓回答,“人類的理論水準和探測手段總是有局限性的,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,物質是否無限可分與宇宙是否無限大是兩個類同的問題。前者是問宇宙可以小到什麼程度;後者是問宇宙可以大到什麼程度。對宇宙的認識,無論在大的方面,還是在小的方面總會不斷推進。剛才我們去的宇觀世界,已經突破了21世紀初人類所謂的宇宙疆域。現在我們向宇宙小的方面進發,對宇宙是否無限可分會有進一步的認識。”
交談中,構成DNA的原子已經增大到小如櫻桃,大像核桃。
    “哎,是我眼睛花了還是怎麼的,這些原子看上去都好像是一小團雲霧狀。”有人說。
    “喔,那是電子雲。”愛因斯坦解釋說,“原子的結構有點兒像太陽系。原子核好比太陽,電子好比行星。不過,原子世界存在不確定性原理,照一般的說法,電子既是粒子也是一種幾率波,沒有如行星那樣的確定軌道。再加上電子繞核的速度非常快,於是就形成了電子雲。”
    “哈哈,去宇觀、微觀的路上,都有雲罩霧遮啊。”亞里斯多德感歎說。
    “是呀,其實這雲罩霧遮都是乙太在施法。”月弓說,“光障是宏觀乙太的作用,而原子世界的電子雲應該是微觀乙太引起的了。”
    “哦,請進一步說明。“愛因斯坦很感興趣。
    “形象地說,我們生活在乙太海洋裡,時時刻刻都在透過乙太透鏡看世界。宏觀乙太的透鏡效應,即相對論性效應,可歸結為宏觀乙太密度的變化, 因為乙太密度的變化會引起折射率的變化;而微觀乙太透鏡要比宏觀乙太透鏡’粗糙‘一些,可看成是一種微透鏡陣列,因此,微觀粒子在微透鏡陣列中穿行時,其軌跡具有不確定性。這如同搖獎機中的小球,它的行進軌跡具有隨機性。氫原子只有一個電子在繞質子轉,它的軌跡一般是蛇形的。由於電子繞核每秒可達上千萬億轉,因此,看上去像是一團立體的環狀電子雲。如果是多電子原子,其電子雲就接近空心球狀了。”
    交談中,眼前的一個原子已成了直徑2米大的雲團狀。
    “照你說來,對於單個電子來說,是沿著隨機而連續的軌道繞原子核運行的。電子雲是許多實在的軌道疊加的結果。如果讓時間慢下來,我們可以看到真實的電子軌道,是嗎?”愛因斯坦說。月弓點點頭。
    “小張,能讓時間慢下來嗎?”
    “可以啊。就讓時間也膨脹千萬億倍吧。”
    眼前一個幾米大的原子瞬間起了變化:淡淡的雲團變成空蕩蕩的了,中間有個很明亮的點,那應該是原子核吧,周圍有8個淡幽幽的小光點在忸忸怩怩地劃出各不相同的蛇形軌跡。
    “DNA分子主要由碳、氫、氧、氮和磷五種元素構成,它們的原子分別有6、1、8、7、15個電子。我們面前的應該是個氧原子啦。”月弓說。
    他們進入了氧原子,感到空間裡好像充斥著某種特殊的氣體,給人一種氣壓感。
    “這是原子內部的電磁場給我們的感覺吧。”月弓心裡想。
    ”世界真的太奇妙了。小小的原子世界,如大大的太陽系世界一樣,裡面也是空空然的。“牛頓感歎說。
    “這裡的原子世界小到什麼程度了呢?”張衡問。
    “大約十萬個原子圍成一圈才一根頭髮絲粗細,而原子核的直徑又是原子直徑的幾萬分之一”愛因斯坦說。
    “呀——”一片驚歎聲。
    氧原子核越來越大。看清楚了,這個核由10多個核子組成,它們好像被一種有色膠體束縛起來,互相纏繞著。這種膠體帶有兩種互補顏色,並且在不斷地變換著:一會兒是淡淡的黃色和藍色,一會兒又成了淡淡的綠色和紫色等等,因此,如果遠看,核的總體為白色。
    原子核變得像個太空艙了。他們相繼進入。淡淡而色彩變幻的膠體給他們一種粘滯感。
    “氧原子核由8個質子和8個中子構成。在這裡,質子帶正電荷,它們之間會互相排斥;而它們之間的引力比電力小1600倍,基本不起作用;它們能夠結合在一起,靠的是核力,它比電磁力大137倍。兩種淡淡的互補色就是核力的表現吧。”愛因斯坦說。
    “嗯,質子、中子等核子由誇克構成,核力是誇克之間的色力場的作用在核子之間的表現。原子核中的兩個粒子通常由8百萬電子伏特左右的力結合在一起,而誇克則由約10億電子伏特的力結合在一起。”小張說。
    核子越來越大,只見裡面其實也是空蕩蕩的,有3個不同顏色的亮點——誇克在飛舞,它們分別是理想的三原色:明亮的玫紅、檸黃和湖藍色,使核子遠看起來呈白色,但近看內部色彩豔麗
    “咦,核子在不斷長大,那3個誇克怎麼不長大呢?”陳子問
    ”我想情況是這樣的,“月弓說,“我們人類生活在引力場區間裡,用引力場乙太性的眼光來看微觀區間的物質,總會有一個最小的極限。中微子、電子、誇克等就是我們所能探測到的最小的物質實體,它們在我們看來只能是種點粒子,因此是長不大的。”
    “噢,這麼說來,它們就是真正的不可再分的‘原子’啦。”托勒密說。
    ”是的,它們是引力場區間性的不可分的最小粒子。但如果我們能夠跳出引力場區間性來看的話,它們應該也是可分的。小張,是嗎?“
    ”說得好!讓我們換種‘眼光’來欣賞吧“
    周圍的景色瞬間變了。原來的3個亮點變成了3個漩渦在在空中舞動著,其中2個順時針轉,另一個逆時針轉。它們構成了一個整體,使核子內的流體有序迴圈流動。
    “哇,點粒子也蘊含著一個新的天地!”眾人齊聲喝彩。
    “對宇宙的推究是人類科學發展的動力。在座的各位先賢,你們是21世紀前宇宙學的傑出代表,把‘中心宇宙學’演繹得淋漓盡致。”
    “中心宇宙學?我還是第一次聽說,什麼意思?”亞里斯多德問小張。
    “呵,這個名詞是月弓先生提出來。請月弓先生來回答吧。”
    “中心宇宙學就是以某種物質形式為中心來展開的宇宙學說。” 月弓說,”以亞里斯多德、托勒密先生為代表的宇宙說和中國的蓋天說、渾天說等,都是在地球上憑肉眼所看到的對宇宙的描述,它們都可歸結為地球中心說;哥白尼先生把宇宙的中心從地球移到了太陽,開創了太陽中心說;地球、太陽是個別實物,等級式宇宙學則是一種綜合性的實物中心說;牛頓先生和以廣義相對論為基礎的宇宙論跳出了實物性的局限,但把引力場當作了宇宙場,是一種引力場中心說。”
    “喔,原來如此!”大家頓覺豁然開朗。
    “是的,實際上,今天到場的先賢,除了月弓先生,都是歷史上中心宇宙學的代表人物;而月弓先生提出了‘無窮階等級式宇宙模型’,宣告了中心宇宙學的終結。宇宙的物質基本存在形式確實是多種多樣的,實物是一階物質基本存在形式;造成真空場現象的場乙太是二階物質基本存在形式;到70世紀,人類已經分辨出了第三階、第四階、第五階物質的基本存在形式。”小張說,“由於各位先賢的到來,這次活動開展得生動活潑,別開生面。謝謝大家啦!現在我宣佈:《宇宙學歷史交流會》閉幕!”
    於是,與會的貴客煙消雲散,回歸歷史長河中的朵朵漣漪。


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