假如你討厭物理,這篇文章可以略過,因為這篇文章全和基本物理有關。
我從小討厭讀書,唯獨對物理有興趣。物理定理對我來說,有點像「男生喜歡女生」那樣簡單自然,不必花太多時間去背公式。也因此,即使不太用功,我的物理成績始終出類拔萃。只可惜,這天賦全被學生時代不知上進的我給浪費了。
假如能夠重來一次,我只有一個志向──台大物理系(絕不是國文系)。甚至到了今天,有時我還是會幻想,哪天重回大學讀物理系?
或許,有一天我發了神經病,真會如此。
這篇文章,可以看成是我「小發神經病」的產物。
壹、原子結構與太陽系

圖一:原子結構圖
當我們看到「電子」繞著「原子核」旋轉的原子結構圖(圖一),以及行星繞著太陽旋轉的軌道圖(圖二),不知有多少人好奇:這兩個圖形怎麼有點類似?

圖二:行星環繞太陽軌道圖
| 假如再進一步研究,更令人訝異。因為,它們至少存在三個相似點: 一、都是球體繞著球體旋轉(為簡化稱謂,文後「被環繞」的球體稱「母球」,環繞母球旋轉的是「子球」;母球和子球組成「旋轉體系」)。 二、母球質量佔旋轉體系總質量的九十九%以上。原子結構中的母球是原子核,它的質量至少是子球總重量的一千八百四十倍。至於太陽系,九大行星的「質量總和」還不到太陽質量的○‧二%。 三、旋轉體系所佔據的總體積極大,「平均密度」稀薄到幾近真空。無論是原子結構或太陽系,母球體積都不過是旋轉體系總體積的幾千億分之一。「幾千億分之一」不是我們所熟悉的數字。假如把旋轉體系所佔據的空域想像成一間屋子(也就是,把太陽系縮小成一間屋子,或是把單一原子放大成一間屋子),那麼,母球在這間屋子的正中心,體積比針尖還要小;幾個小得像微生物的子球繞著它旋轉──這種組合的平均密度,不是和真空一樣稀薄? 貳、宇宙墳場──黑洞 前述「屋子、針尖、微生物」的比喻是個「看不見」的範例。現在我們不妨把模型放大,想像一些「看得見」的實物。 |
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| 表一:九大行星與太陽關係表 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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依據表一的模型,太陽系所佔據的總體積是以太陽為圓心,冥王星的距離(三千九百五十公尺)為半徑所畫出的「球形空域」。試著想像一下這個巨大的球形空域,正中央存在一個直徑一公尺的圓球,九個體積最大不過如壘球,最小像原子筆尖的鋼珠──如此鬆鬆散散的「子/母球」組合,卻霸佔著一個「直徑接近八公里」的球形空域,此旋轉體系的吸引力是何等的巨大!
太陽系是如此,原子結構也是如此。每個原子超過九九‧九%的結構都是空的;縱然結合成固體分子,也有如被壓在一起的泡沫塑膠球,體積只能被有限度的壓縮。因而微觀地看,所有物體的密度都很低,即使是固體金屬也不例外。 旋轉體系佔據空域之廣、球體之小、彼此吸引力之強,讓初次接觸的人很難想像。 說到這,我們應能體會宇宙間旋轉體系吸引力之巨大;同時也該好奇:若是把所有球體全部壓縮到中心(例如前述模型中,把壘球、棒球、乒乓球、荔枝、小鋼珠等向中心推擠,讓它們緊緊貼著中央的圓球;或再進一步壓縮,連中央的圓球也可能被壓碎),又會產生什麼結果? 首先,毫無疑議的,旋轉體系所霸佔的總體積將巨幅縮小──球形空域的半徑從原本的三千九百五十公尺縮小到○‧五五公尺。 其次,原本球體間的距離是那麼的遙遠,如今全部壓縮到一塊,想必吸引力會大幅增強。 的確如此,而宇宙也確實存在這種現象。當質量巨大的恆星(太陽質量的三倍以上)能源耗盡,外部會出現一股巨大的壓力,其壓力大到足以壓碎星球內部原子與分子的結構,逼它們釋放出原本霸佔的空間。 星球被壓縮的過程是慢慢形成的。當它的體積被壓縮得越來越小,內部的熱度和密度就越來越高,所發出的吸引力也就越來越強。等吸引力大到能「抓住」宇宙間最會逃逸的光子,原本熾亮的球體在剎那間就變成「漆黑一片」(不再迸射光子就無光線可言,因而漆黑一片),成為科學界所說的「黑洞」。 黑洞是宇宙的墳場,吸引力大到能夠吞噬靠近它的所有物質。管他是什麼東西,原子結構瞬間被摧毀,所有基本粒子被黑洞牢牢吸附而無法脫離(基本粒子是被分割到「不可再分割」的粒子,也是組成宇宙萬事萬物最基本的元素)。 地球被壓縮以後所形成的黑洞,會濃縮成半徑只有幾公尺的球體。再試著想像一下我們生活的地球──那麼多的水、陸地、山脈、生物──濃縮成半徑幾公尺的球體,那將會是多麼大的密度!又會發出多麼可怕的吸引力! 參、宇宙的毀滅與誕生 黑洞會吞噬所有接近它的物質。而當它吞噬的物質愈多,所發出的吸引力就愈強,因而能吞噬距離更遠的物質。 肆、球形對稱的宇宙 大爆炸發生之初,所有物質都因高熱而處於氣態或液態。這時,它們擁有兩股力量:一股是自身所擁有的吸引力(所有物質都有引力,也就是「萬有引力」),另一股是大爆炸所賦予的爆炸力。當物質向四面八方飛散之時,彼此的吸引力如果大於爆炸力,最終會吸附在一起;又因為它們不是處於氣態就是液態,在引力相互作用下,為了達到力量的均衡,必會形成球形。假如不是球形,某一區的引力就會大過另一區;「強引力區」拉扯「弱引力區」,力量平衡以後兩個區域會「一樣大」。 伍、人體也是群聚的星系? 最後,我們可以做一個有趣又大膽的假設──人體也是群聚的星系! |

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