你的确来自天堂
☉〔英〕马库斯·乔恩 ◎孔令稚 译
你血液中的铁、骨骼中的钙、肺中吸入的氧都是远在地球诞生之前,在漫天繁星内部形成的。事实上,我们与星系之间的关系紧密到任何占星家都无法想象,而科学家发现这一惊人事实的道路漫长而曲折。
第一步是发现宇宙间万物生灵都是由原子构成的。理查德·费曼曾提出一个问题:“如果有大灾难发生,所有科技都即将毁于一旦,我们只能为后世留下一句话,那么怎样才能用最少的话语传递最多的科学信息呢?”他斩钉截铁地自问自答道:“万物皆由原子构成。”
在漫长的几个世纪里,人们曾经不断尝试将一种物质炼制成另一种物质,比如说把铅变成金子。有趣的是,在经历了几百年的失败尝试之后,人们突然发现世界是由微小而不可分的粒子构成的,这些基本粒子并不能从一种变成另一种。原子不仅是基本元素,还是谱写万物的字母表。将原子按不同方式、不同类别组合在一起,能构成一个星系、一棵树或者一只在山间嬉戏的猿猴。世间繁复多变的事物多是虚幻,万物的本质都十分简单,只是自然基础元素的排列组合而已。
自然界一共有90 多种自然存在的原子或者说元素,从质量最轻的氢元素到现今找到的最重的铀元素,其中一些元素在宇宙中很常见,另一些则不然。到了20 世纪,我们又发现另一个古怪的事实,一个元素在宇宙中含量多少与其原子核构造有关。比如说,原子核最轻的元素最为常见。
那么,为什么元素在宇宙中的含量会和元素原子核结构相关呢?唯一说得通的解释是,核反应过程也参与到原子形成的历程中了。换句话说,造物主并不是一次性创造出这90多种元素的。真实情况是,当宇宙还处于幼年阶段时,它只拥有最简单的原子——氢原子。而其他更重的元素都是由氢元素组合形成的。
原子核内的质子之间排斥力异常强,要想靠核力将它们像《星际迷航》中的“牵引光束”那样,束缚住并且黏合在一起,就必须把质子放置到足够近的地方。这就意味着,质子必须以极高的速度“砰”的一下撞击在一起。温度是微观运动的量尺,也就是说,这种核反应需要极高的温度。
20 世纪的物理学家面临的问题是:宇宙中什么地方的温度可以让原子核融合,从而形成新原子的高温熔炉呢?最初,科学家认为是各大恒星的表面,但即便是那里的温度,似乎也不够高。他们发现找错了地方,于是把目光转移到宇宙诞生之初的那一瞬间:宇宙大爆炸的火球就是最初的熔炉。
但是,大自然做事才不会如此简单,炼造出90 多种元素的宇宙熔炉并不止这一处。质量极轻的一些元素,比如说氦,的确是在宇宙诞生的最初几分钟里炼化而成的。而所有重一些的元素则是由各恒星内核自大爆炸起就苦心经营、费力炼化而来的。
太阳这般的恒星不够热、密度也不够大,炼化不出任何比氦元素更重的元素。但大质量恒星内部能炼制出重至铁元素的原子。到最后,这类恒星的内部结构就如洋葱一般,每一层的构成元素都比它外面一层的构成元素更重。
如果这些恒星始终保持稳定,没有演化到超新星爆炸阶段,那么,这些新的更重的元素便一直被封锁在恒星内部。这样一来,我们也就不会存在了。
幸好,这些恒星不仅会借助自身爆炸将核熔炉中融合的新元素分享给全宇宙,而且在爆炸过程中会产生更重的元素。
这些元素与星际云的气体和尘埃混合在一起,丰富了星际云中的重质量元素,它们与星际云一起孕育新恒星和行星。正因如此,重元素才会在地球上出现。正如美国天文学家艾伦·桑德奇所言:“我们都是兄弟姐妹,我们都来自同一次超新星爆炸。”
如果从恒星上挖一小块物质会是什么样的呢?如果好奇的话,那你不如举起自己的手看一看,毕竟你就是星尘所化。
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