《物理奇遇記》：大霹靂之後只有氫、氦和輻射，為什麼現在卻有這個世界？

文：加莫夫、史坦納德

湯普金斯先生一句話也沒說，他陷入沉思。慕德疑惑地看著他。

「這樣夠了嗎？」她問道，「你相信了嗎？」

湯普金斯先生回過神來，回答：「喔，對，當然，妳說得很清楚，多謝。可是⋯⋯」

「可是什麼？」

「我想像了一下大霹靂後產生氫、氦、電子、輻射等等的樣子，可是當時明明只有這些物質，那為什麼現在會出現這個世界？太陽與地球又是從哪裡形成的？還有妳跟我，我們應該不是單靠氫與氦形成的吧？」

「你在問的是長達120億年的歷史耶！我有幾分鐘可以解釋？」

「3分鐘如何？」湯普金斯先生滿懷期盼地問道。

慕德笑了起來。「我試試看，準備好了嗎？」

「等等，」湯普金斯先生低頭看錶，「好，開始！」

「好。宇宙大霹靂後的幾分鐘裡，出現了氫、氦的原子核與電子。過了30萬年後，物質冷卻下來，讓電子能夠附著在原子核外，形成了最初的原子。這時的宇宙裡充滿了氣體。這片氣體的密度很均勻，但其中還是存在微弱的差異，某些地方的密度比平均值略大或略小。

「在密度較大的地點，重力也比較大，於是周遭的氣體開始聚集到這些位置。隨著聚集的氣體愈多，重力也變得愈大，於是又可從周圍吸引更多氣體；這時就形成了彼此分離的氣體雲團。

「接著，各個雲團裡形成了小小的漩渦或渦流，這些漩渦在遭到擠壓後，溫度逐漸上升（當你壓縮氣體體積時，就會出現溫度上升的現象）。最後溫度高到足以引發核融合過程，這就是星體誕生的開始了。因此經過約10億年後，星系得以出現（其實過程也可能剛好相反，並非先形成氣體雲團，氣體雲團再分裂成星體；或許是先形成星體，隨後星體再聚集形成星系。但目前為止仍無法確定先後順序）。無論如何，現在出現了星體。

「核融合過程為星體帶來了能量；而且核融合除了可釋放能量，也可形成較重原子的原子核，這些較重原子就是後來地球成形時所需的原子，也是形成人類身體必備的原子。慢慢地，恆星內的核融合燃料將消耗殆盡；以太陽這種中型大小的恆星來說，大概是經過100億年的時間。

「恆星進入老化階段後將開始膨脹，成為所謂的紅巨星；接著紅巨星縮小為白矮星；白矮星又逐漸降溫，變成冰冷的灰燼。質量較大的恆星則會以更壯闊的方式結束燦爛的一生，它們發生名為『超新星爆炸』的大爆炸。超新星爆炸釋放出新合成的核子物質，也就是重核子。這些重核子與星際氣體混合後，聚集形成了第二代恆星，這才第一次形成了地球這種岩質行星（在第一代恆星形成時，岩質行星還未曾出現）。

「接著由自然天擇的演化接手，讓行星表面上的化學元素形成了你我。這就是人類從星塵誕生的過程了！」

慕德突然停了下來。「說完了！就是這樣！我花了幾分鐘？」

湯普金斯先生微笑說：「喔，才剛過兩分鐘而已⋯⋯」

「太好了，」慕德表示，「那我還有一分鐘可以解釋黑洞。」

「黑洞？」

「對，當質量極大的恆星爆炸之後，就會形成黑洞。我剛剛也說過，恆星爆炸後會放出某些物質，但剩餘的物質會塌縮形成黑洞。」

「黑洞到底是什麼？」湯普金斯先生問道，「當然我也聽過黑洞，但是⋯⋯」

「黑洞擁有很強大的重力，沒有任何物質能夠抵抗黑洞的重力。恆星的所有物質都會崩縮到一個點裡。」

「一個點？」湯普金斯先生高聲說，「真的是字面上的意義嗎？就是一個點嗎？」

慕德回答：「沒錯，沒有體積。所有物質都集中在這個點周圍，點的附近則有著強大的重力場。這裡的重力強到只要靠近到某一距離時，即進入事件視界後，物體就無法逃離了，連光也不例外。所以黑洞是黑的，所有進入事件視界範圍的物質，都會被吸到中心點裡。」

「太奇妙了，」湯普金斯先生喃喃地說，「那黑洞後面是什麼呢？」

「後面？這就沒有人知道了。黑洞沒有所謂的『後面』，因為所有掉進去的物質都會停留在中心點上。啊，不過大家也有各種不同揣測，例如那些物質可能會穿越某種隧道，這個隧道連接了我們的宇宙與其他宇宙，黑洞吸引的物質會從隧道對面噴出，進入另一個宇宙裡；另一端的隧道口稱為『白洞』，不過以上都純屬推測而已。」

「那黑洞是確定真的存在嗎？」

「沒錯，有很確切的證據。不只是老恆星塌縮後會形成黑洞，星系中心也有黑洞，某些大型黑洞可能已經吞沒了上百萬顆恆星。」

湯普金斯先生以崇拜的眼神笑著看慕德。

「你為什麼要這樣看我？」她好奇地問道。

「沒有，我只是在想妳怎麼會知道這些知識？」

慕德微微聳了個肩，說道：「不知道，我想大概都是從這些看來的吧。」她轉頭比向放滿科普雜誌的書架。

「最後一個問題，愛因斯坦小姐，」湯普金斯先生問道，「最後會出現什麼結果呢？未來的宇宙會變成什麼樣子？妳爸爸說宇宙會持續膨脹，可是在無窮遠的未來將進入停滯。」

「沒錯。如果暴漲理論是對的，宇宙物質的密度也接近臨界密度的話，就會像我爸說的一樣。到時候所有核燃料都耗盡，恆星生命也走到盡頭後，很多恆星都會被吸入星系中心的黑洞裡，於是整個宇宙將變得極度冰冷，毫無生命跡象。這就是所謂的『宇宙熱寂說』。」

湯普金斯先生擔心了起來。「我不太喜歡這種結果。」

「哎，我也不知道，其實不該說這個嚇你的，」慕德開朗地回答，「早在宇宙變得冰冷前，我們就已經進棺材了。總之，這樣也說夠了。換個主題吧。」

書籍介紹

本文摘錄自《物理奇遇記：湯普金斯先生的相對論及量子力學之旅》，貓頭鷹出版

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作者：加莫夫、史坦納德
譯者：但漢敏

歷經將近一個世紀，這本書不斷受到世界各國的讀者喜愛，也不斷地有再版或者新的翻譯版本推出，被公認為認識「相對論」與「量子力學」的基礎入門讀物，令這一本書最後也不單單是科普著作，更是加莫夫留給世人的精華遺產。生動的故事及67幅精心插圖，進入「相對論」與「量子力學」的必讀入門

本書圍繞著加莫夫筆下的湯普金斯先生，他原本是一位溫吞的銀行小職員，他對物理學卻有很大的興趣，在下班時光一面聽物理講座時，一面又昏昏沉沉打了瞌睡，這一睡就睡到「相對論」和「量子理論」的世界裡去了……

本書分為兩個部分，第一部分從相對論中討論時間與空間的扭曲變動，到宇宙的擴張極限，回答宇宙是正在收縮抑或擴張，黑洞又是如何生成。第二部分則進入量子力學裡的原子微觀世界。全書用深入淺出且趣味誇張的方式介紹近代物理的發展與研究，更用生動有趣的圖片讓看似艱澀的物理更平易近人。

Photo Credit：貓頭鷹

責任編輯：朱家儀
核稿編輯：翁世航