【天文观测】天文学的基础知识（五）

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1、天文学的基础知识（五）什么叫原子?最基木的物质形式叫做原子。世界上有从水到特氟纶的数十亿种自然的和人造的物质，但是所有的这些都可以在化学实验室中分解成更简单的物质。例如利用电流水可以分解成两种气体，即氢气和氧气，或者其它的，普通的食盐（氯化钠）可以分解成金属钠，和-种有毒气体叫做氯气。这四种物质中的每一个——氢气、氧气、纳和氯气——有这独一无二的性质O没有哪一种能够进一步分解而不丢失它们的性质，还是氢气、氧气、纳和氯气。它们是最基本的物质因此被叫做元素。依然保持这种元素性质的最小单元叫做原子。尽管如此,原了被认为是由更小的叫做质子、中子和电子的粒子组成的。通常，质子和中子紧密结合在原子的

2、中心，电子以一定距离绕核旋转。实际上又一个整个的亚原子粒子家族,除了极少例外，本书不会接触它们。什么叫分子?当原子组合在一起，它们组成了分子。两个或更多原子结合在一起，形成了分子。例如，一个碳原子和一个氧原子组成一个一氧化碳分子。一个碳原子和两个氧原子组成一个二氧化碳分子。分子只含有很少几个原子的通常叫做简单分子，含有很多原子的分子叫做复杂分子。究竟几个原子从简单变为复杂决定于你谈话的对象。当射电天文学家在星际空间找到6到8个原子的分子吋，他们把它叫做复杂分子,因为没有人会想到在险恶的宇宙空间可以找到这种东西。但是生化学家可能会把这种分了称为很简单的分子。什么叫元素?在整个宇宙，只有92

3、种自然产生的元素。唯一的决定这种特定的元素是这种元素而不是其它的元素的是在原子核里的质子数量。例如，在宇宙中每个原子核里有一个质子的原子是氢，每个核里有两个质子的原子是氮而不会是其他。碳原子有6个质子，氧原子有8个质子等等。一直到核里有92个质子的铀。原子核里有相同质子和电子数的元素具有相似的化学性质，为了简便，科学家们按照质子数目把元素进行了分组，这就是元素周期表。世界上每个化学实验室里或课堂上通常会有这么一张。这是世界的蓝本，因为就92个基本的元素构成了我们的世界。ArmandDeutsch许多年前写过精彩的科学小说。一组未来的考古学家在开凿古火星人的文明遗迹，发现了一所大学。他们正

4、为无法破解火星语言而感到困惑的时候来到一个化学实验室，在实验室的墙上发现了元素周期表…一个马上被他们识别的东西。因为它代表了通用的，超越文化甚至是种族的东西。所以，元素周期表成了破解火星语言的敲门砖。核中具有少量质子的元素有时被称为轻元素或简单元素；有大量原子的就叫重元素或复杂元素。物质有多少种状态？物质典型存在于三种态。我们知道三态分别是：固态，液态和气态。在特定的时间特定的地点物质处于什么态取决于物质的化学本质，环境的温度和压强。在地球上，我们找一个事物为例，我们能看到它的三个态。它由两个氢原子和一个氧原子组成：O在一般情况下，当温度低于华氏32度时我们称之为冰，当温度在华氏32度到

5、212度之间时我们称之为水，高于华氏212度时，我们称之为水蒸气。（在非常高的温度下，氢和氧原子之间的键被打破，它的本质就不再是水蒸气，就是氢气和氧气的混合气体反物质反物质是物质的镜像。物质由原子组成，原子又由质子、中子和电子组成。质子带正电，电子带…通常物质中没有发现过反物质,即使在实验条件下，反质子也一瞬即逝。当你照镜子时，看一看在镜子中的那个你，如果那个镜子里的家伙真的存在，并出现在你的面前，会怎么样呢？科学家们已经考虑过这个问题，他们把镜子中的那个你叫做“反你”。他们甚至想象很远的地方有一个和我们现在的世界很象的世界,或者说是我们的世界在镜子里的像。它将是一个由反恒星、反房子、反

6、食物等所有的反物质构成的反世界。但是反物质是什么，这一切又可能是真实的吗？对于“反物质是什么”这个问题，并没有恶作剧的意味。反物质正如你所想象的样子一一是一般物质的对立面，而一般物质就是构成宇宙的主要部分。直到最近，宇宙中反物质的存在还被认为是理论上的。在1928年，英国物理学家PaulA.M.Dirac修改了爱因斯坦著名的质能方程（E=mc2）。Dirac说爱因斯坦在质能方程中并没有考虑如”——质量一一除了正的属性外还有负属性。Dirac的方程（E=+或者・mc2）允许宇宙中存在反粒子。而且科学家们也已经证明了几种反粒子的存在。这些反粒子，顾名思义，是一般物质的镜像。每种反粒了和与它相

7、应的粒了有相同的质量，但是电荷相反。以下是20世纪发现的一些反粒子。正电子——带有一个负电荷而不是带有一个正电荷的电子。由CarlAnderson在1932年发现，正电子是反物质存在的第一个证据。反核子——带有一个负电荷而不是通常带有一个正电荷的核子。由研究者们在1955年的伯克利质子加速器上产生了一个反质子。反原子——正电子和反质子组合在一起，由CERN的科学家制造岀第一个反质子（CERN是欧洲核子研究中心的简称）。共制造了九个反