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7 无穷小中的（第1页）

7无穷小中的时间

希腊最高山奥林匹斯山看起来很普通，如果不是因为希腊神话里说它是众神所居之处，人们很容易走过错过而对它完全不知。因其最高峰米蒂卡斯海拔近3000米，经常云雾缭绕，于是便成了人们眼中特别的所在、众神居住的地方：缪斯女神住在赫利孔山，潘神住在阿卡迪亚麦纳洛山的山坡上，阿波罗住在帕纳塞斯山。有人大胆提出，在荷马时代之前，山顶周围曾有极光现象出现，变幻的彩色光影让人以为是巨灵族战斗时的刀光剑影。总之，古人相信这是众神的家园，也是雷霆之神宙斯的宝座所在。十二主神都是超自然的存在，饮甘露而长生不死，在天上看着人间众生，但他们很少会冷眼旁观，更多情况下是全情投入，掺和凡人之事，既会表现出他们最高尚的一面，也会表现出他们最卑劣的一面。

标准模型中的基本粒子相互组合，可以产生上百种不同的物质物态，但绝大部分只能维持极短的时间。宇宙中的稳定物质都是由电子、质子、中子、光子和中微子组成的——这些是很小一部分粒子，它们不会衰变成其他粒子，而且寿命长到几乎可以认为永生不灭。这一小部分特选粒子可以看着其他物质形式生生灭灭，演进发展，而无须在意时间的流逝，阅尽风云依旧镇定自若。

神奇的是，如果将相应的反粒子也算进来，那么三种中微子和三种反中微子、电子和正电子、质子和反质子、中子和反中子，再加上光子，这个家族一共有十三个成员，刚好接近奥林匹斯的十二主神，而且，在这种情况下，光子的存在可确保处理雷霆霹雳——长久维护宙斯统治的武器。

天选之子

让我们再重复一遍：绝大部分基本粒子只能存在几乎不可察觉的一瞬间。遗传学家的最爱——果蝇的寿命不超过两周，而且一年可以繁殖几十代，但相对于最不稳定的基本粒子而言，可算是万寿无疆了。某些基本粒子在万亿分之一秒内就会消失，另一些的存在时间更是短到没有合适的词来形容：十亿分之一的十亿分之一的千万分之一秒？这也太绕了。这时我们就要借助于数学，写成10-25秒，尽管我们也很难真的明白这究竟有多短。

与这种瞬息生灭形成鲜明对比的是电子和质子，它们几乎可算是永生的。电子是最轻的带电荷轻子，轻和带电荷这两种性质让它免于衰变，否则必然会违反某个守恒定律：衰变成其他带电荷粒子会违反能量守恒定律，因为其他带电荷粒子都比电子重很多；衰变成中微子之类的又会违反电荷守恒定律，因为中微子虽轻却不带电荷。因此，电子只能永生不灭。事实上，我们为探测也许极偶发的电子衰变设计了精细复杂的实验，但都铩羽而归，一次衰变都没有发现，倒是从中得出了电子平均寿命不低于1024年的结论，要知道，从大爆炸到现在也才过去了1。4×1010年。也就是说，家里电线中流动的电子，在我们指尖原子中的电子，都在宇宙诞生之初就来到了这个世界。它们如此古老，却依旧孜孜不倦地发挥着自己不可或缺的作用，仿佛它们依然年轻而充满活力。

更令人惊奇的是，质子也是永生的。它不是基本粒子，而是由三个最轻的夸克（两个上夸克和一个下夸克）组成，互相有胶子传递强力。这三个夸克的总质量大约相当于0。01GeV，并被1GeV左右的结合能束缚在一起。结合能是其总质量的100倍，这是非常强大的约束，可以将一切都控制在极小的空间中，形成极为致密牢固的结构。

质子稳固到几乎能存在于任何环境当中，就连恒星中心极高的温度和压力也无法撼动它，质子被迫聚合成更重的原子核时产生的强大能量，也不能让它解体。因为结合能仿佛不可逾越的高墙，阻止其解体。要想打碎质子，需要高能宇宙射线或现代粒子加速器，或超大质量黑洞的近光速喷射及类似能级的宇宙灾变。质子还存在于所有主要物态当中，而且从不衰变成更轻的粒子。科学家们想找到偶然的质子衰变，却不得不向证据低头：就算用最强大的设备观察数年，也看不到一例质子衰变。就我们目前所知，质子是一种几乎永生的物质状态，平均寿命超过1033年。宇宙形成恒星、星系、行星系统的过程已经很漫长了，但就算宇宙的年龄是现在的几十亿倍，质子也能安然度过而丝毫无损。

中子则更神奇，它好比质子的堂兄弟，二者的组成非常相似，中子也由最轻的夸克组成，不过是两个下夸克和一个上夸克。胶子提供强力将它们束缚在一起，形成不带电荷的粒子，其质量与质子相似但稍重。就因为比质子重，所以中子可以衰变成质子而不违反能量守恒定律。实际上，自由中子，也就是未和质子束缚在一起组成原子核的中子，很容易就衰变成质子。自由中子不会存在很久，很快会衰变成一个质子、一个电子和一个反中微子，平均寿命在一刻钟左右。神奇的是，中子在原子核内部就不会衰变，它和原子核里的其他中子及质子相互作用，没时间想衰变的事，其平均寿命会增加到1031年以上。

中微子和光子也是很稳定的粒子，它们可以被其他物质形式吸收，可以与之相互作用，但独立存在时也不会衰变成其他粒子。轻盈而羞赧的光子和中微子形成一层薄云，笼罩着整个宇宙。百十亿年前，它们脱离了物质的怀抱，从此在宇宙中长久地游**。中微子在大爆炸之后不到一秒就挣脱出来了，光子则耐心地等待了38万年，等到时空的膨胀让温度降到足够低。当那一刻来临时，它们突然就从物质中逃逸出来。它们从此就自由了，飞向四面八方，随着宇宙的膨胀，能量逐渐减弱，从而变成现在包围着我们的、来自各个方向的原始宇宙辐射。

稳定粒子是所有已知稳定物态的基础。蝴蝶如何扇动翅膀、致密到一咖啡勺就重达3亿吨的中子星如何运动，都可以用它们来解释。

千百年过去了，这些微小粒子却未受到丝毫影响，没有任何损耗的迹象。时间在这个不朽的世界中流过，不留一点点痕迹。一切都让我们觉得，对于它们来说，时间是不存在的。

我们不知道质子和中子之外的其他粒子有没有内部结构，如果有，那也应该是非常稳固的，可以无限期地在毫无损耗的情况下运行。

正是有了这些稳定粒子，才有了我们。一个不稳定且不持久的世界，是不可能产生复杂生命体的，而生命体的演化需要数十亿年。稳定粒子会无限期地延续下去，即使它们有一个准确的诞生时间，我们也已经能详细描述每一个细节，但我们还是不知道它们有没有终结之时。就算有，应该也不会是其内部结构有弱点所致，而是因为完全出乎意料的事情打破了自古维持它们的运行、似乎会永远持续下去的完美机制。

朝生夕灭的国度

我们刚刚用一首以大调开场的交响乐来赞颂稳定粒子，给人以宏大稳定之感，但突然杀出的增四度（1）又让我们陷入不安。

丰特阿维拉那修道院建在马尔凯的亚平宁山脉的卡特里亚山的林间，离文艺复兴名城乌尔比诺只有50多公里。它始建于10世纪末，公元980年前后，一些修士选择到此隐居。它是欧洲最古老的修道院之一，也是嘉玛道理会的会堂——嘉玛道理会奉行隐修，名称来自阿雷佐附近的卡马尔多利隐修院（2）。

丰特阿维拉那修道院的建筑结构很复杂，仿佛迷宫一般，这是多次改建、扩建的结果。修道院内有古老的书写室，光线很好，以前的抄写员就在这里抄写最古老的经卷。珍贵手抄本被保存在富丽堂皇的图书馆中，图书馆入口处用希腊文写着“psychésiatreíon”——“治愈灵魂之地”，很好地体现了文化的重要性。

管理修道院的修士允许游客在旧宿舍内过夜。宿舍虽然都已经改造过，但依然有著名修士在此居住的痕迹——他们的名字被标记在门头上。机缘巧合之下，我被分到了圭多·莫纳科（即阿雷佐的圭多）的房间，于是，我有幸在现代记谱法发明者住过的地方过了一夜。

这位本笃会修士在1035年至1040年任丰特阿维拉那修道院的院长。修道院图书馆里保存着他的一些手稿，游客可以申请查看，但不能触摸。圭多·莫纳科创造了现代记谱法，1000年后的今天，我们还是用施洗约翰赞歌各句的首音节来唱那些音符：UtReMiFaSolLa。

圭多·莫纳科最早发现相距三个全音的不协和音程会让人特别难受，甚至让听众的血液凝固，以至人们认为它是魔鬼亲手所造的。难怪20世纪70年代重金属摇滚乐队“黑色安息日”最著名的乐段、许多恐怖片的原声、警笛和火警警报都用到了这“魔鬼之音”。

增四度制造出一种紧张和恐惧的氛围，仿佛宣告着有什么可怕的事情将要发生。而在这里，我们也要迅速换个调子，从稳定粒子的光辉世界转向瞬息生灭、令人不安的物质形式。就好像各部齐奏的交响曲在一瞬间停下，空气中只剩几个无规律的颤音，以及回**在远处的鼓点。

我们坠入不稳定粒子的可怕旋涡。不久前，我们还根本不知道这些粒子的存在。它们瞬息生灭，就像让哈姆雷特陷入深深绝望的鬼魂。

除了上一节说过的稳定粒子，其他基本粒子及其组合都很不稳定，产生之后很快就会消失，如烟花一般。它们可由宇宙射线的撞击产生，或在加速器中产生，但它们的寿命都很短，因为它们会立刻变成稳定粒子。

衰变是随机的。只要遵守能量守恒、电荷守恒等定律，较重粒子就会衰变成较轻粒子，直到最终产生稳定粒子，衰变才结束。这一过程是自发的、无法控制，且概率不随时间变化。也就是说，如果在一段时间内有13的粒子衰变，比如90个中有30个衰变，那么接下来在相同时间内，剩下的60个会衰变20个，以此类推。