物质会不会凭空消失：物质会永远存在吗

“物质永恒不灭”，相信大家应该听到过这个说法，但事实上世间万物焉有不灭的道理，春去秋来，生老病死，万物都在不断变化，物质怎么可能会不灭呢？难道是从哲学上来理解？

物质是由什么组成的？

古希腊唯物主义哲学家留基伯认为，万物是由原子组成的，他是最早提出原子论的哲学家。受到留基伯的原子论事项，他的学生德谟克利特也支持原子论，不过局限当时的条件，他们都没有证据，仅凭一个直觉！

• 现代物质组成认识过程

现代原子之父是道尔顿，他在十九世纪初提出了原子论。道尔顿认为原子是物质世界不可分割的一部分，在化学反应中不会改变，一直保持稳定状态。道尔顿的原子论是有化学反应支持的，系统的阐述了物质的组成，这是人类对物质世界认识的一个飞跃。

约翰·道尔顿

1897年汤姆逊在阴极射线的实验中发现了电子的存在，所以他提出了葡萄干补丁的原子模型。但卢瑟福在1908年他在指导学生做α粒子散射实验时发现了原子核，这使得汤姆逊的葡萄干布丁的原子模型明显站不住脚，继而卢瑟福的原子模型开始被大家接受，但显然这里不能缺了他的学生玻尔的努力。

α粒子散射实验

因为卢瑟福的原子模型中原子核带正电，电子会在运动中损失能量而掉入原子核毁灭，所以玻尔引入量子的概念创造玻尔原子模型。当然卢瑟福也没闲着，他在1920年发现了α粒子轰击氮原子发现了质子，再是他的学生查德维克发现了中子。

关于宏观物质的组成其实到电子质子中子这个层次就差不多了。

物质一直都不改变吗？

现代元素周期表是门捷列夫发现的，当然在门捷列夫以前也有很多科学家都试图将有规律的元素编个表，但没有一个人有门捷列夫那敏锐的洞察力和眼光。当然周期表很多人都会背，但元素是怎么编排序号的呢？它们之间的差别由什么物质决定的？

门捷列夫1869年的周期表。注意此表格的行列与现代元素周期表正好相反：周期为纵行，族为横行

质子数决定了元素的序号，中子数则决定了同位素

上文中我们介绍了质子和中子的认识过程，其实质子发现还挺有趣的，1917年卢瑟福用α粒子撞击氮原子核，结果得到了氢原子核，所以卢瑟福推测，氢原子核是物质最基本的组成。氢原子核中就只有一个质子，而中子数不一样，则让氢有三种同位素。

氢的三种同位素

元素之间的差异主要就是质子数的差异，而不同元素就是质子数的堆积，尽管当时已经搞清楚了这个差别，但即使是最前沿的科学家仍然搞不清楚这些元素到底是怎么来的，相互之间由有什么关系！

质子链反应

1920年爱丁顿提出了恒星从氢聚变成氦中获取能量，1939年汉斯·贝特分析了氢聚变成氦可能的不同反应过程，1954年由弗雷德·霍伊尔则从足够条件下，提出了从氢元素一直到合成铁元素的过程。如下则为元素的合成过程：

氕 → 氘 → 氦-4 → 铍-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 镁-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56

之后的重元素则从中子捕获和质子捕获以及光致蜕变中诞生，涉及这些过程的有红巨星、超新星以及中子星合并等，这些都是产生比铁重的元素的途径。

中子捕获和衰变过程

所以我们了解了从元素的产生过程，那么元素不会变吗？

物质会永远存在吗？

其实这里有两个问题，需要拆分出来理解，物质是永恒不变的吗？组成物质最关键的质子和中子一直都不变？

物质是会改变的！

上文我们说了在恒星内核中物质时时刻刻都在改变，从氢聚变成氦，从氦聚变成铍，再变聚成碳氧等。不过除了恒星，我们地球上的核电站中的物质也在改变，比如铀-235裂变成了氪-92和钡-141，在它们之后又会继续衰变成其他元素，导致铀-235裂变的是中子，获得了一个中子的铀-235原子核不稳定，裂变成了氪-92和钡-141，而这两种同位素又会继续通过β衰变的方式转变为更为稳定的钕和钇。

U-235裂变过程

裂变和衰变是重元素变成轻元素的一种途径，过程中伴随着能量释放，这是因为让质子和中子聚合在一起的强作用力在并不能无限叠加，在重核中强力维持不稳所导致。

质子会衰变吗？

物质聚变的终极元素是铁，重元素裂变和衰变的终极元素也是铁，所以铁是物质中最稳定的元素，当然指它的原子核，常见的铁元素是铁-56，它由26个质子和30个中子组成，结构非常稳定。所以恒星聚变到铁后再高的能量也无法让铁再聚变，因此随着外壳坍缩会引发超新星爆发。

恒星内部的铁核

那么铁元素真的就不会改变了吗？上文中我们说了中子和质子捕获以及光致蜕变是几种方式，那么组成它的质子和中子就不会改变了吗？

在标准粒子模型中，质子的重子数大致守恒，因此质子不会以摄动的形式衰变成其他粒子，因为质子已经属于能量最低的重子了，中子倒是会衰变，自由中子的半衰期大约15分钟，但在铁原子核中，中子也是稳定的。

有理论根据物质比反物质多推导出质子也会衰变，但缺少证据支持，不过即使按推测计算，质子的寿命也高达10^31年，到那会宇宙早已到达了热寂状态。而近来日本的超级神冈探测器在水中探测切连科夫辐射的实验中得出结论：如果质子完全衰变，半衰期至少长达10^34年。

猜测中的质子衰变方式：衰变后产生正电子和中性π介子，而中性π介子会再度衰变产生两个单位的伽马射线（γ）：

p→e 和π0

π0→2γ

物质是来自哪里的？

问题已经到达了本源，现代科学认为宇宙中的所有物质都来自于138.2亿年前的大爆炸，当然这有广义相对论的背书以及无数科学家推导出来的宇宙膨胀和原初物质丰度和微波背景辐射站台，我们姑且信之，因为暂时还没有发现比这个更贴合观测的理论。大爆炸诞生物质的过程：

138.2亿年前的某个时刻，炽热致密的奇点发生爆炸，随着这团物质的膨胀，宇宙中的四大基本作用力：引力、强力和弱力先后从中分离出来，随后暴胀开始，这个极速的膨胀将一切都抹平，即使现代仍然可以从微波背景的各向同性中仍然可以观测到。

暴胀结束后宇宙中充满了夸克胶子等离子体，温度的继续降低足以让夸克和胶子构成质子和中子，这是未来构成原子核的重要粒子，但必须等到讲到足以维持原初核聚变，原初物质的丰度就是这个时候决定的，这个时间持续了大约十几分钟，简单的说这个时期决定了早期宇宙物质比例，氢、氦以及少量的锂元素在此时诞生。

从宇宙诞生到38万年时，宇宙的温度才逐渐降低到让原子核捕获电子，一片混沌的宇宙才开始清朗起来，光子退耦，宇宙中的第一缕光诞生，那是来自宇宙大爆炸的光，其实我们现在依然看得到，那就是微波背景辐射。

到现在为止，我们所说的一切都是能观测到的，其实宇宙中还有看不到的暗物质和暗能量，不过即使到现在科学界仍然说不清楚那是什么，一切的一切尚在猜测之中，而对它们的诞生，还两眼一抹黑。

质能不是守恒么，宇宙的物质或者能量是从哪来的？

也许没有人可以回答这个问题，到现在为止一切都是猜测，但量子力学发展后使得整个问题有了个猜测性的答案，不妨来看看：

量子论中的不确定性理论告诉我们，时间T和能量Q是一对共轭量，当时间T非常确定的一刹那，真空中也会爆发巨大的能量，因此接下来的事情就非常有趣了！上实际六十年代开始流行一种理论，认为引力是一种负能量，因此在这个极短的时间内产生的能量诞生了质量，两者互相抵消以维持整体上守恒，那么物质真的就在一无所有中诞生了。

麻省理工的阿兰·古斯就是这个理论的提出者，他认为量子效应突然产生了一块时空，并且极速膨胀形成了宇宙，而他的这个暴胀理论解释了宇宙微波背景辐射为什么会那么均匀，磁单极子为什么找不到等等，总之暴胀理论已经成了宇宙诞生的一部分。

能量诞生了，物质从中而来，它会随着天体演变改变宇宙，它会变得很慢，但最终宇宙有的是时间等它改变！

,