一朵花、一块石头、一个烤面包片机,它们是完全不同的东西,但是它们却是由同样的微粒组成的。
在中学,我们学到过原子是世间万物组成的基本单元。而原子又是由三种次原子粒子组成,他们是质子、中子和电子。多年来,原子结构细节不断変化,例如电子不再像行星绕恒星转动一样,绕原子核转动,而是在概率云中玩捉迷藏的游戏。我们还可以将次原子粒子分成更小的粒子,但是质子、中子和电子已经足够小,使我们可以进一步理解日常生活中的物质。
这三种基本粒子,不但组成花、石头和烤面包片机,而且构成宇宙万物。一个质子加上一个电子,生成氢原子。六个质子、六个中子、六个电子,形成碳原子。但是并非任意一些粒子可以组合成一种原子,因此自然界只发现大约100种原子。不论我们到过宇宙的任何地方,我们也只发现这100种左右的原子。
然而各种元素所占比例却大不相同。最轻的两种元素是氢和氦,占宇宙中被发现元素总和的98%,它们在宇宙大爆炸后一直占有不公平的优势。大多数其他元素,还要等到星球这个最大核反应器将他们释放出来。就如天文物理学家卡尔·萨根所说:牙齿中有钙、血液中有铁,我们含有与星球同样的元素。
大多数宇宙中的氢和氦仍旧存留在星球内部。在地球外部主要元素是氧和钾。简而言之,仅仅八种元素占据地球已经发现总元素的99%,由此可见,自然界中物质结构的基本单元非常简单。
分子是由原子组成,但是分子结构要复杂得多。我们知道水的成份H2O,是由两个氢和一个氧原子构成。与原子不同,分子可以由任意个原子组成。分子特性不仅取决于原子个数,而且取决于原子如何结合在一起。人类DNA分子仅由五种元素组成,它们是碳、氢、氧、氮和磷。但是DNA链原子数量可高达几千亿个。众所周知,两个99%DNA链相同的人可能表现非常不同。原子不同组合的可能性几乎是无限的。
一切物质仅仅源于质子、中子和电子。如此浩瀚、多样的宇宙,令人惊异地建立在如此简单的三种微粒的基础之上!