從物質的起源所想到的

有一次上課的時候,曾經有個同學突然問我:「地球上這麼多的化學元素是怎麼來的?」

這是一個是我們大多數人覺得沒有意思的問題。我們與生俱來就被這些化學元素相包圍,我們對此已經變得非常麻木!

但是,再仔細想想呢?要回答這個問題還真不是一件容易的事情。這可使人類追溯到世界是怎麼來的—即宇宙的起源(大爆炸理論)這個終極問題,直至宇宙的過去、現在和未來,以及人類的起源問題。追溯的腦袋都生痛。

美國有位偉大的天文學家叫做愛德溫·哈勃(Edwin P. Hubble,1889~1953),他發現了所有星系所產生的光譜的共性,這就是在大尺度上,光譜都無一例外地向紅色端移動。於是,他宣布,相互遠離是宇宙的基本運動,星系看起來都在遠離我們而去,且距離越遠,遠離的速度就越高。宇宙像氣球一樣在膨脹、在長大。更重要的是,哈勃於1929年還發現宇宙膨脹的速率是一個常數。這個被稱為哈勃常數的速率就是星系的速度同距離的比值。後來經過其他天文學家的理論研究,計算出宇宙已經按此常數率膨脹了約150億年。

那麼,約150億年前宇宙是個什麼樣子呢?這可是個諾貝爾級的問題!我只能按照已有的推論和我的理解予以描述。

目前最流行的說法是宇宙大爆炸理論,即約在150億年前,宇宙大爆炸前的一瞬間,宇宙中除了一顆豌豆大小的物質以外,其它都是真空。這一顆「豌豆」可以認為是個磁單極子,它與真空構成了質的差別。這一磁單極子與現在的宇宙物質構成了質的差異,由於磁單極子是新的宇宙物質,引力特別大,現在的宇宙物質與其相比類似於真空,類似於沒有物質。這是一種虛擬的物質。真空中是有許多物質的,但與磁單極子比較起來,只是一種虛物質,虛物質對磁單極子來講是能量。真空(虛物質)要侵吞磁單極子(真物質),磁單極子要吸引真空,二者矛盾激化,物質能量嚴重對立。質能對立的結果使時空無限小,在時空的夾持下,物質脅迫能量,磁單極子釋放大量能量,從而產生真空激發,最終導致了宇宙大爆炸!

這個理論確實讓人難以理解和想像,但宇宙的全部物質大約在150億年前全部濃縮在一個無限高溫的奇點中這一推論獲得了人類理論的證明。然而人類更確信的是在一個對萬有引力特別青睞的宇宙,必須從一個大爆炸開始,一切才能獲得秩序。從愛因斯坦的相對論可知,在150億年前的某個瞬間,一個溫度高得不可思議的能量奇點突然爆裂,在它的瞬間的膨脹中,溫度開始下降,能量演化出了物質。但宇宙這幾乎是無限的物質均來源於一個豌豆大的奇點的能量這一學說,確實讓人有點難以置信。這個問題很深奧,似乎沒有盡頭。但目前根據人類的智力水平也只能如此。我們姑且將此問題用佛家的一句話來解釋吧,「心念一閃,振動四方」!

不過,世界的開始離我們非常遙遠,我們現在更關心的是物質形成之後發生的一切。宇宙的最初始和最基本的元素應該是氫元素。在萬有引力的作用下,氫元素聚集成了巨大的球體,在球體內部巨大的壓力和高溫的作用下,四個氫原子聚變成了一個氦原子,導致約有千分之七的物質變成了能量。用愛因斯坦著名的質能轉換公式(E=MC2)來說,核能量能達到普通化學能量的2000萬倍。宇宙中最高效的核能是氫聚變成氦的聚合能。如果把1000克氫原子中千分之七的物質轉換成能量,就相當於4000噸石油和6000噸煤所發出的化學能能量。如此巨大的能量釋放就導致了恆星的產生。太陽每秒鐘使用約5億噸的氫原子參與聚變,其中有約400萬噸的物質轉化為能量。這些數字聽起來似乎很大,但和太陽的總質量相比,就變的非常微不足道了。太陽自50億年前產生以來,只損失了大約萬分之一的物質。能量在它的大約70萬公里的深處的核心產生,要經過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,因此,經過50億年的光芒四射,太陽仍然青春依舊,未來還有約40億年的壽命。

隨著太陽中的氫不斷地變成氦,導致其核心溫度不斷升高,最終氦原子核將會再度突破電磁力的屏障而碰撞,發生新的核聚變。根據太陽的質量計算,在大約40億年之後,太陽的氦聚變將開始啟動。這就是說,在太陽的核心又將誕生一個新的太陽。而這個溫度更高的太陽會把外面溫度較低的太陽推出去。其體積也將會因此而膨脹一百萬倍以上。太陽在衰老的時候將會顯得非常輝煌,但這種輝煌也將會徹底地毀滅地球。太陽的暮年不僅不會減少熱能,恰恰相反,一個百億歲的太陽將會把幾億公里範圍內的一切都變成火海,地球的一切生態構成都將崩潰並最終被它吞噬。

太陽只有2次核聚變,即90億年的氫聚變和大約10億年的氦聚變。當氦燃燒完的時候,太陽的引力會繼續塌縮而且將沒有抵抗。此時,它的力結構將會出現一些不穩定而噴出一些外圍的物質,然後這些物質會形成艷麗的光環。在宇宙中有許多這樣的氣體光環,這些都是類似我們的太陽這樣的恆星的死亡符號。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化到智能,並且在它死亡之前尋找到新的居住地。

幸運的是,人類還有至少40億年的時間來做準備。屆時我相信人類一定會有能力會尋找到一個新的生存家園。

死亡太陽的大部分的物質依然被引力牢牢控制著,但因為其引力不足以引發比氦元素更重的碳元素的核聚變,所以太陽只有忍受塌縮而最終安靜地死亡,成為一顆直徑和地球差不多,但質量比地球重幾十萬倍的巨大的鑽石--白矮星。

對於更大體積的恆星,大恆星能製造出更多的元素。宇宙的核聚變順序一般按照氫、氦、碳、氧、硅直至鐵的順序進行聚變。一般超過太陽質量8倍以上的恆星就能使聚變一往無前,使其核心達到幾十億度的高溫,不斷地創造著不可思議的聚變。每次聚變所產生的能量都會使恆星膨脹的更大一些,於是巨大恆星就會變成像洋蔥一樣,形成一種令人吃諒的多層核聚變的巨大空間。這個空間可以達到100億公里以上,能夠裝下整個的太陽系。在不斷的核聚變過程中,大恆星會變得越來越危險。因為元素越重,聚變所能提供的能量就越少。而巨大恆星又必須靠不斷釋放的核能來進行支撐。當聚變到鐵元素時,搖搖欲墜的恆星遭受到了最致命的破壞。因為鐵元素的結構極其穩定,它在聚變時不再釋放出能量。於是,巨大而膨脹的大恆星會因核心失去支撐而倒塌,恆星因此發生粉碎性地爆炸,能量的狂飆掃蕩天庭。這就是超新星爆發。此刻它的能量相當於正常恆星的100億倍以上,在這個超級能量爆炸的瞬間,宇宙中所有的元素都被聚變出來!像金銀首飾這種重元素,就是在超新星的爆炸中誕生的。因此,我們的太陽系應該就是一個巨大的超新星爆炸的產物。當我們佩戴這些貴金屬時,我們要記住宇宙製造這些高檔產品的確花費了很高的代價,它需要一顆至少比太陽大8倍以上的恆星的爆炸,才使我們能夠披金戴銀。

造物主似乎在冥冥中做好了安排,恆星的質量越大,越不穩定,其壽命就越短。質量差3倍,壽命就差750倍。也就是說,一個比我們的太陽質量大3倍的恆星,它的壽命就只有1300萬年。我們很幸運我們的太陽質量正好大小適中,這給了我們約70億年的誕生和繁衍時間。

想到這裡,我由衷地對造物主的如此精心安排而感到無限的讚歎。我感謝造物主將太陽系安排在銀河系的邊緣,使得地球能逃脫其他巨大恆星爆炸被波及的災難;我感謝造物主將太陽變的大小尺寸合適,使生命得以在足夠的時間內產生和繁衍;我感謝造物主將地球安排在距離太陽正好的位置,只得地球既可獲得充足的能源而又不至於過冷或過熱;我感謝造物主將地球包裹在合適的大氣外殼裡,使其生命能夠不受高能射線的傷害;我感謝造物主為地球製造了足夠大的熱核和一定的自轉速度,從而形成了完整的磁場,使生命免受太陽風的侵害。我還要感謝臭氧層使我們逃離了紫外線傷害,感謝葉綠素為我們製造了氧氣,感謝充滿了水為我們提供了生命的源泉。還要感謝月亮、感謝地殼運動、感謝恐龍的滅亡…。所有的這一切,造物主似乎都是為了一個目的,那就是在這個純粹的物質世界中,造物主最終要創造出一種能夠最終理解他的智能生物——人類。

我相信,隨著人類對自然界認識的不斷深入,在不久的未來,人類甚至可以利用塵埃來製造任何他想要的東西甚至生命。人類使用自己的智能,不但能夠毀滅這個造物主精心創造的世界,也能夠升華這個世界使之成為宇宙的精靈。

造物主已經把物質智能交給了我們,但是人類的精神道德準則卻要靠我們自己來建設。否則,文明的級別越高,毀滅的概率也就越大!我相信,一個還擁有40億年太陽光輝照耀的智能生命,將不會辜負如此厚愛我們的造物主,而這個造物主其實就是我們自己。

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