宇宙,星光燦爛,其中深藏著物質(zhì)運動的偉大力量,它最不可思議的是,一個純粹的物質(zhì)世界,卻能創(chuàng)造出智能,自從人類發(fā)現(xiàn)了這種叫做基因的結(jié)構(gòu)之后,就可以相信,哪怕是塵埃,只要經(jīng)過特別精致的編排,就能締造出像生命這樣高級物質(zhì)形態(tài),并且只要給它足夠的時間和空間,它就能化演出智能。
物質(zhì)的宇宙能夠演化出生命,目前我們唯一所知道的就是我們自己的太陽系,但準(zhǔn)確地說,生命很吝嗇地只選擇了它的第3顆行星—————地球,生命在這顆星球上誕生并且改造這顆星球長達(dá)近40億年,從生態(tài)上看,地球的美麗是獨一無二的,然而今天的地球因為有了人類,就不僅是生態(tài)星球,同時還是一顆文明星球。
地球上唯一直立行走的智能生物—————人類,今天已經(jīng)非常輕松的生活在這顆行星上,但是,從古老文明走到現(xiàn)代文明,人類付出了巨大的代價。而二者之間的跨越的關(guān)鍵恰恰要取決于人類認(rèn)識宇宙的深度。望遠(yuǎn)鏡的原始創(chuàng)意
盡管有很多史前文明都顯示了人類認(rèn)知宇宙的興趣,但在中國四川西部三星堆發(fā)現(xiàn)的3000多年前的青銅器,大概是表現(xiàn)得最執(zhí)著的了。這是一個向往飛翔的古老集體,鳥是他們普遍的偶像,鳥的眼睛被深深的崇拜著,而他們自己的眼睛,更被夸張地塑造了,這可能是人類最早的期望通過眼睛這個器官的延長,而求索宇宙的向往,這也許是望遠(yuǎn)鏡的最原始的創(chuàng)意。
事實是,這種愿望終于在400多年前,得到了實現(xiàn),人類的眼睛真的延長了,望遠(yuǎn)鏡給人類文明所起的作用,可以說超過一切其它單件的工具,因為沒有它,就沒有可能了解天體的基本運動,也就沒有對神的勇敢的否定,就沒有可能在天體的觀察中得到的牛頓定律,也就沒有以這個定律為基礎(chǔ)的現(xiàn)代工業(yè)社會,人類在400多年前通過望遠(yuǎn)鏡在宇宙中獲得了駕馭物質(zhì)的法則,于是,我們的生活就從此日新月異。太陽是我們擁有的一顆恒星
今天,人類對宇宙已經(jīng)看得更遠(yuǎn),理解得更深刻,這種理解使我們已經(jīng)能夠認(rèn)識宇宙作為一個整體的物質(zhì)運動,并且更加明確的認(rèn)識到我們是物質(zhì)運動的結(jié)果,而宇宙中的星辰,就是全部物質(zhì)運動的最重要的動力。
我們把自己擁有的一顆恒星叫做太陽,它的光輝對地球的生命是最根本的,陽光在地球表面已經(jīng)掠過了40多億年,今天的生態(tài)就是純粹陽光的塑造,這種塑造使得地球擁有了一個長達(dá)40億年的生命鏈,這個鏈條其實就是固體的陽光,因為生命的本質(zhì)的含義就是把光能變成物質(zhì)的新陳代謝。
現(xiàn)在,我們可以精確地知道,這顆價值非凡的發(fā)光體非常的巨大,它的直徑相當(dāng)于110個地球,它的表面是6000度的高溫,經(jīng)過一億五千萬公里空間的傳輸,地球只得到它的光輝的5億分之一,但這已經(jīng)足夠了。
它的質(zhì)量相當(dāng)于33萬個地球,但盡管這么大,如果全部是煤,發(fā)出同樣的光和熱只能燒幾千年。然而,它穩(wěn)定的燒了50億年,是什么東西這么經(jīng)燒呢?
人類的燃燒概念是火,用一堆樹枝燃燒幾個小時,這就是我們的獲取能量的概念,這個基本的方式一直主導(dǎo)著人類的文明,但這種燃燒根本沒有使用宇宙中真正的能量寶庫———原子核,在本質(zhì)上,木頭的燃燒只是原子們互換位置放出一些化學(xué)能,燃燒后,原子核的質(zhì)量一點沒有減少。
而太陽的燃燒和篝火原理完全不同,它在讓原子核燃燒,愛因斯坦用它著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換的公式計算出,核能量能達(dá)到普通化學(xué)能量的2千萬倍。宇宙中最高效的核能是氫聚變成氦,也就是4個氫原子聚變成一個氦原子,這個過程可以有千分之七的物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量,雖然只有千分之七,但物質(zhì)的能量太大,如果把1000克氫原子中千分之七的物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量,就相當(dāng)于4000噸石油和6000噸煤。
在一節(jié)只能燒幾分鐘的樹枝中所蘊藏的核能,足以把一盞一百瓦的燈泡點亮一百萬年。
太陽就是一個奢侈的使用核能的天體。宇宙的物質(zhì)結(jié)構(gòu)
那么怎樣才能燃燒原子核呢這就要看我們宇宙的物質(zhì)結(jié)構(gòu)了,物質(zhì)本身沒有行為,而物質(zhì)中蘊含了4種力卻決定了宇宙的一切。其中最強的是強力,它存在于強子之中,核能就是靠它產(chǎn)生的,但這種力只在原子核的直徑范圍起作用,所以,產(chǎn)生核能就必須讓它們相互接觸,也就是核聚變。
核聚變必須有中子,而另一種弱力,能使質(zhì)子衰變成中子,并釋放出射線,這個力是核聚變不可缺少的。
而能否使核聚變發(fā)生,關(guān)鍵卻在于電磁力,它比強力弱一百多倍,不過它延伸的比強力遠(yuǎn),所以一般情況下強力被電磁力封閉著,如果突破不了電磁力,就不會有核聚變。其實電磁力是一種非常溫和而美好的力,它天生就有正和負(fù),永遠(yuǎn)不會過分,所謂陰陽生萬物,因此它就構(gòu)成了宇宙中最豐富的物質(zhì)演化,包括生命。
引力是最弱的力,在單個原子中比電磁力弱幾萬萬億倍,但宇宙對它幾乎沒有限制,因此它將會以多勝少,最終統(tǒng)治宇宙。
構(gòu)成我們生命的主要是電磁力,強力和弱力被封閉著,而引力在我們身體中可以被忽略,但我們的身體卻能感覺到地球的引力,因為引力會隨著物質(zhì)的增大而顯示出來。我們舉起重物時,就是肌肉中的電磁力在和地球的引力做抗衡,人們很多的鍛煉的方法就是用地球的引力來增長我們的肌肉中的電磁力的能量。
是引力最終打敗電磁力,是當(dāng)一個物體變得像太陽這么大的時候,這不僅能控制地球圍繞它旋轉(zhuǎn),同時它的每個原子的引力都向中心塌縮并輸送壓力和熱量,而由于太陽的質(zhì)量巨大,因此它的引力就可以積累到極高的溫度,溫度越高,原子核運動速度越快,當(dāng)達(dá)到1000萬度時,原子核的電磁力將無法阻擋高速奔跑的原子核相互碰撞的力量,于是原子核的強力終于在瞬間的結(jié)合并讓物質(zhì)釋放出巨大能量,這就是核聚變,是太陽以及宇宙中所有恒星誕生的方式。
人類非常羨慕這種能源,但是目前只能破壞性的使用,這就是氫彈,一朵這樣的核聚變云能輕易地抹平一座幾百萬人的城市,也許宇宙中所有的智能文明都要經(jīng)歷這樣的考驗:道德水平是否可以達(dá)到安全的使用宇宙中最強大的能源的程度。人類正在嘗試能夠把核能的破壞性變成建設(shè)性。坐吃而不山空
這是在四川樂山的一尊唐代大佛,是一個一改休閑裝束而神態(tài)莊嚴(yán)的彌樂佛,按照佛經(jīng)的解釋它被授予主管光明和未來的責(zé)任,巧合的是,就在它視線的前方,一座中國的核動力研究院正在研究未來的能源—————核聚變,這里要解決的難題是如何約束溫度極高的核反應(yīng),由于地球上任何物質(zhì)都不能承受熱核反應(yīng)所需要的1000萬度以上的高溫,于是人們試驗用能量約束能量,用強磁場來懸浮聚變的核能。目前,核老虎的籠子正在和老虎較量,這些復(fù)雜的管道,也許不久就要編織出人類最輝煌的夢想。這一天也許真的不太遠(yuǎn)了。
太陽的引力所造成的塌縮不僅引發(fā)核聚變,而且塌縮的壓力還是約束核能的極好的容器。在巨大壓力下,太陽每秒鐘使用5億噸的氫原子參與聚變,其中有400萬噸的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量,這些數(shù)字聽起來挺大,但和太陽的總質(zhì)量相比,就微不足道了,太陽自存在以來,只損失了萬分之一的物質(zhì)。能量在它的大約70萬公里的深處的核心產(chǎn)生,要經(jīng)過1000萬年才能上升到表面,光在太陽的肚子里走得比蝸牛還慢,正因為這樣,這個能量的億萬富翁才能細(xì)膩的使用自己的存款,坐吃而不山空。寒武紀(jì)生物大爆炸
的確,我們需要一個如此長久的能源,因為地球上的生命存在了將近40億年,而太陽一定要比這個時間更長的存在,至少在沒有找到另一個宇宙生命模式之前我們無法證明這個進(jìn)化的時間能夠縮短,不過,人們卻發(fā)現(xiàn),整個的進(jìn)化史似乎被耽誤了很多的時間,真正的大型生命的進(jìn)化歷程實際上只有5億年左右,而大部分生命史都是在海洋中以微生物的形態(tài)消磨時光,這段時間居然有30多億年,人們發(fā)現(xiàn)生命的大型化和多元化全部集中在5億4千萬年前的寒武紀(jì)的地層里,而且它們似乎是突然的出現(xiàn),非常整齊的站在了同一條進(jìn)化的起跑線上。這就是寒武紀(jì)生物大爆炸。
寒武紀(jì)是一個偉大的時代,而中國云南澄江地區(qū)的帽天山更是這個時代的圣地,因為在這里發(fā)現(xiàn)了世界上最古老的寒武紀(jì)多細(xì)胞動物的化石。
大爆炸是生物學(xué)家們感到困惑的地方,因為動物的大型化和多元化來到得十分的突然,而進(jìn)化的復(fù)雜性似乎被寒武紀(jì)蘊藏的神奇力量給簡化了。究竟是什么力量突然把微生物變成了大型的多細(xì)胞的動物呢?
在古老的年代,土壤中的含氧量很少,而寒武紀(jì)地層中的含氧量,隨著年代的走近而豐度增高。也許,正是這種氣體引發(fā)了地球生命的輝煌。
現(xiàn)在,地球的大氣中充滿氧氣,但是它們在天地之間一刻不停地循環(huán),氧氣是最活躍的氣體,它總是很快的和其它物質(zhì)氧化,因此氧氣只能是保持流水作業(yè)。如果地球上的植物現(xiàn)在停止制造氧氣,那么地球上的氧氣很快就會枯竭。正因為氧氣的這種活性,它才能貫穿在大型生命的體內(nèi),從而產(chǎn)生劇烈的體能和高級神經(jīng)的活動。
不過,陸生植物制造的氧氣的歷史非常短,只有幾億年,它們對地球氧氣的貢獻(xiàn)是錦上添花,而真正從零起步制造氧氣的,是寄居于海洋中的藻類,它們通過一種叫做葉綠素的細(xì)胞間復(fù)雜的分子的運動,逐漸地把海洋中的二氧化碳轉(zhuǎn)換成了氧氣,地球上的氧氣全部都是從綠色毛孔中分泌出來的。這種分泌持續(xù)了幾十億年,才讓地球充滿了自由氧。這個過程如此漫長,是因為地球上存在著巨大氧消耗,大量的無機物都在被氧化,至今海洋中還蘊藏著大量的氧化鐵礦脈,相信有一個時期,地球上的海洋都被鐵銹染成了紅色,那是鐵元素在呼吸。
很可能,寒武紀(jì)是一個收獲氧氣的時代,因為這個時候的氧氣一定是生產(chǎn)大于消耗,當(dāng)海洋充滿氧氣并持續(xù)穩(wěn)定到一定的時間,使用氧氣的大型動物才能沒有后顧之憂的改變自己的形態(tài)去充分地利用更好的能源。這種能源使得一部分動物身體結(jié)構(gòu)擴大并且功能增多,就好像有了汽油才有汽車一樣,可以說,有氧才有生命的運動。
運動是寒武紀(jì)生命的重要進(jìn)步,就像新司機剛剛上路,寒武紀(jì)的祖先們動作都很慢,它們小心翼翼,笨拙但絕對擁有了前所未有的自由。
大爆炸到現(xiàn)在是大約5億年,在這之后生命進(jìn)化的效率應(yīng)該是很高的,因此一個星球的生命能否縮短它進(jìn)化的歷程,關(guān)鍵是看多細(xì)胞生命誕生的時間表。當(dāng)然,寒武紀(jì)的地層還隱藏著許多的秘密需要去思考,但首先我們應(yīng)該感謝它,因為如果某種現(xiàn)在還不知道的因素再推遲生物大爆炸的啟動,那么,我們的命運也許就是另一個樣子。太陽終究不是永恒的能源
太陽終究不是永恒的能源,慶幸地球在5億年前啟動了多細(xì)胞生命的進(jìn)化,使我們對太陽沒有任何危機感,然而,太陽畢竟在燃燒中衰老,它的氫不斷的變成氦,最終,隨著核心溫度的增加,氦原子核將會再度突破電磁力的屏障而碰撞,發(fā)生新的核聚變。
根據(jù)太陽的質(zhì)量計算,在大約40億年之后,太陽的氦聚變將開始啟動,這就是說,在太陽的核心,又誕生了一個新太陽,而這個溫度更高的太陽會把外面溫度低的太陽推出去,它的體積將會因此而膨脹一百萬倍以上,宇宙中恒星在衰老的時候?qū)@得非常輝煌,但這種輝煌將毀滅地球,恒星的臨近熄滅不僅不會減少熱能,恰恰相反,一個百億歲的太陽將會把幾億公里的范圍都變成火海,地球的一切生態(tài)構(gòu)成都將崩潰,并最終被它吞噬。
太陽只有兩次核聚變,90億年的氫聚變和大約十億年的氦聚變,當(dāng)氦燃燒完的時候,太陽的引力會繼續(xù)塌縮而且將沒有抵抗,此時,它的力結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)一些不穩(wěn)定而噴出一些外圍的物質(zhì),然后這些物質(zhì)會形成艷麗的光環(huán),在宇宙中有許多這樣的氣體光環(huán),這些都是類似我們的太陽這樣的恒星的死亡符號,如果它們之中有被孕育過的生命,不知它們有沒有足夠的時間進(jìn)化到智能,并且在它死亡之前尋找到新的居住地,幸運的是,人類有至少40億年的時間來做準(zhǔn)備。
死亡太陽的大部分的物質(zhì)依然被引力牢牢控制著,但因為引力不足以引發(fā)比氦元素更重的碳元素的核聚變,所以這顆星球只有忍受塌縮,成為一顆和地球直徑差不多但比地球重幾十萬倍的白矮星。盡管它模樣改變了,但它的引力仍然能夠控制太陽系剩下的天體。宇宙演化最重要的動力
在宇宙中,恒星的分類是按照它們的死亡的方式,一類像我們太陽這種,最終安靜的成為白矮星,另一類是比太陽大8倍以上的恒星,它們的死亡是爆炸。恒星越大,壽命就急劇的縮短,質(zhì)量差3倍,壽命就差750倍,也就是說,一個比我們的太陽大3倍的恒星,它的壽命就只有1300萬年,所以,生命的進(jìn)化是不可能托付給大恒星的。但是,宇宙的物質(zhì)的豐富和流動,卻全靠它們。
宇宙在過去有過一個非常單調(diào)的開端,只有氫元素和少量的氦元素,然而宇宙在成長,而成長的標(biāo)志就是重元素的增加,這種增加使宇宙越來越豐富,宇宙的所有的奇跡,都是在有了完整的元素制造之后。而制造元素,就是把氫元素以不同的數(shù)目聚合,而要完成所有元素的聚合的場所,就是擁有巨大引力的大恒星。
從豐富物質(zhì)角度來說,大恒星是宇宙中的精品,它們不僅能生產(chǎn)所有的元素,而且由于恒星越大,壽命越短,因此周期也短,所以,恒星的巨無霸是宇宙制造元素效率最高的工廠。不過,宇宙中最大的恒星的質(zhì)量極限是一百個太陽,如果再大,就會因為自身的核反應(yīng)過猛而解體。
引力制造元素,但也束縛元素,小恒星大約能制造出十來種元素,但這些元素最終不能在宇宙中流動。
大恒星能制造更多的元素,一般超過太陽質(zhì)量8倍以上的恒星就能使聚變一往無前,其核心達(dá)到幾十億度的高溫不斷的創(chuàng)造不可思議的聚變,每次聚變所產(chǎn)生的能量都使恒星膨脹得更大一些,于是它就像洋蔥一樣形成令人吃驚的多層核聚變的巨大空間,這個空間可以達(dá)到一百億公里,裝下整個的太陽系。
在聚變的深入的過程中,恒星變得越來越危險了,因為元素越重,聚變提供的能量越少,而巨大的恒星又必須靠不斷釋放的核能支撐,然而,當(dāng)聚變到排列第27位的鐵元素時,搖搖欲墜的恒星遭受到最致命的破壞———因為鐵元素的結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定,它在聚變時不釋放能量,于是,巨大而膨脹的恒星將會因核心失去支撐而倒塌。
因此,恒星粉碎性的爆炸,能量的狂飆掃蕩天庭,這就是超新星爆發(fā)。此刻它的能量相當(dāng)于正常恒星的一百億倍,在這個超能量的瞬間,宇宙中所有的元素都被聚變出來了。
像金銀首飾這種重元素,就是在超新星的爆炸中誕生的,當(dāng)我們佩戴它們時,要記住宇宙制造高檔產(chǎn)品確實是代價很高,它需要報廢一顆至少比太陽大8倍以上的恒星,才能使我們披金戴銀。太陽系的構(gòu)造
超新星的爆炸使物質(zhì)擺脫了引力的束縛,但鐵元素的核卻墜入引力的深淵,巨大的塌方把電子都壓進(jìn)了質(zhì)子,于是質(zhì)子全變成了中子,而中子之間沒有電磁力的排斥,原子核可以相互緊緊地挨在一起,這就形成了最致密的物質(zhì)—————中子星,它一立方厘米的質(zhì)量能達(dá)到十億噸,而它引力強大到讓光都要成拋物線才能掙脫。
把一個幾百萬公里直徑的物體壓縮成只有30公里的直徑,就是中子星,而同時被壓縮的還有磁場,這是一個匪夷所思的超高能核電站,它可以把表面附著的電子像高壓水柱一樣噴射出去,它們所具有強烈的方向性可以成為宇宙定位的燈塔。十幾年前,人類尋訪外星生命的一艘飛行器上所攜帶的人類的自我介紹,就是用多顆中子星為地球做定位。
一些大的超新星爆炸之后,將會產(chǎn)生引力的奇跡—————黑洞,巨大的引力把物質(zhì)化為無形,因為連光都要被吸回它的表面,如果把地球壓縮成一個核桃,就是黑洞,因為地球其實是一個強力和電磁力支撐的物體,如果把原子核都?xì)缌耍厍蚓蛯⒊蔀閹桌迕字睆降臐饪s引力的載體,黑洞的存在已經(jīng)被證實。
超新星是宇宙中4種力配合的杰作,它們共同建造一個巨大的原子鍋爐,然后以鍋爐的崩潰所激發(fā)的能量完成所有元素的制造,并且在最后的瞬間把元素都徹底地拋灑出去,正因為有這種拋灑,物質(zhì)才有可能演化,否則,就像有錢不去投資,再多的財富也將沒有任何意義。恒星以自身的毀滅造就了宇宙中最偉大的新生。
在超新星的物質(zhì)彌漫之后,引力將會再次把這些物質(zhì)凝聚成天體,大的塌縮成恒星,小的形成行星,如果這顆恒星有較長的壽命,而它的周圍有若干合適的行星圍繞,那么這個長壽的核能和比較靠近它的行星上豐富的宇宙元素的光和熱交流,就可能最終產(chǎn)生宇宙中最復(fù)雜的物質(zhì)形態(tài)—————生命。
不過,恒星遠(yuǎn)不是一顆完全慈善的能源,它是核能而不是簡單的火爐,它的光輝中有一半以上都對生命有嚴(yán)厲的傷害,一些高能射線會破壞生命的分子結(jié)構(gòu),因此,生命必須生存在一顆既能得到恒星的能量,又能排除它的傷害的星球上。
這就要求行星有一個氣體的外殼,因為氣體分子所產(chǎn)生的振蕩,可以把許多高能射線攔截住。
太陽系一共有9顆行星,其中有4顆巨大的行星,它們都是氣體的,這證明宇宙中星球越大,氣體越多,因為氣體是宇宙的主要物質(zhì),但又是活躍的物質(zhì),星球小了就抓不住它們。
于是,盡管像水星這樣的重元素的星球已經(jīng)在一顆非常好的恒星的附近,但它質(zhì)量太小,因而抓不住任何氣體,所以就不能對恒星的光輝有所篩選,因此在水星這樣光禿禿的星球上,生命將遭到無情的殺戮。
火星比水星要大一些,它有一層極為稀薄的大氣層,但是在火星上生命依然不能裸露,因為這層大氣不能阻擋肉眼看不見的高能射線對地表的轟擊,我們看到的火星的橙色天空,其實是一個假象,這不是大氣,而是被風(fēng)刮到天上的塵埃,由于火星引力小,自轉(zhuǎn)快,所以風(fēng)特別大,如果這些塵埃落地,火星的天空就是黑暗的。目前火星沒有任何確證為生命的信息。
在巖石行星中只有金星和地球非常的相似,它在這個位置,似乎就是宇宙讓生命在太陽系的孕育有一個雙保險。金星的質(zhì)量只略比地球輕一點,因此它的物理條件幾乎和地球完全相同。當(dāng)然,它有足夠的大氣層,但是,令人困惑的是,金星沒有藍(lán)天,而是二氧化碳加硫酸的濃霧,它的溫室效應(yīng)制造了一個普遍達(dá)到500度的高溫世界,非常遺憾,金星沒有成為另一個生命的搖籃。金星的狀態(tài)表明,一個和地球相似的星球也不一定有生命。(未完,明天續(xù)登)