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标题: 科普书籍《宇宙与人》（作者：忻迎一）的“创世”片段选摘 [打印本页]

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:51:09 标题: 科普书籍《宇宙与人》（作者：忻迎一）的“创世”片段选摘

科普书籍《宇宙与人》（作者：忻迎一）的“创世”片段选摘

《宇宙与人》，是中国人自己制作的科普大作。

2000年，忻迎一制成科普视频大作《宇宙与人》。
2009年，忻迎一将视频解说词扩充为一本同名科普书籍《宇宙与人》。

比起视频的解说词，书籍中的文字更加丰满、生动、震撼。

这里，选摘其中最为震撼人心的一段文字 —— 创世。

其中运用了一组极为形象的比喻——釜底抽薪、高压锅、核锅炉。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:51:39

宇宙元素孕育和分娩的惊天动地——创世的辉煌

宇宙，有100多种元素。
在创造复杂事物的时候，它们必不可少。

但是，宇宙在创生的时候，并没有携带元素的百宝囊。
就像宇宙是从无到有一样，元素也是在宇宙中被逐渐制造出来的。

我们不知道最早的元素究竟有多少种元素。
据分析，大概只有两种——氢元素和氦元素。

这是因为元素的合成需要很高的温度。
高温才能使得原子核碰撞，产生能量，同时，产生新的元素。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:52:41

早期宇宙温度的确很高，即便是很松散的结构，其高温也足以使原子核保持高速运动状态。
但是，早期宇宙的冷却速度极快，很快就降低到一千万度以下，不足以合成新的元素。

那么，当宇宙整体开始冷却，膨胀，从什么地方寻找高温呢？

宇宙抛出弥漫的物质之后，引力就开始发挥作用了。

空间越大，引力就越有空可钻。
因为，空间大，就会产生不均衡，而不均衡就是引力的动力。

宇宙均匀弥漫的气体很快就被引力撕碎了，开始集团化。
引力在这些集团中，是真正的主宰。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:53:13

虽然，
在一个原子核中，引力完全可以被忽略，
甚至，
在像人体这么大的物体上，引力的作用也可以被忽略，
但是，
在地球这样的尺度上，引力就起决定性作用了。

而到了太阳这样的尺度，引力更厉害了。
它能让宇宙中最初级的元素——氢元素据变成氦元素。
它还能把氦元素剧变成碳元素。

不过，在像太阳这样的聚变阶梯上，元素的合成只能到此为止。
引力只能在碳元素面前屈服，
因为，
碳元素由12个氢原子核组成，电磁力也大得多，
而太阳的核心温度只有1500万度，
还不足以让原子核的运动达到能让碳元素剧变的程度。
（碳元素的原子核，需要冲破电磁力的阻挡，才能相互碰撞，产生聚变）

这就是说，像太阳这样的恒星，只能制造包括碳在内的大概十来种元素。
（当聚变到碳元素的时候，诸如锂、铍、硼等轻元素也稍带出来了。）

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:54:59

宇宙中存在100多种元素，只制造出十来种元素，显然是不够的。

那么，什么样的天体能够制造更多的元素呢？

还是恒星。

只不过，是大恒星。

宇宙中的很多事情，从操作上看，思路似乎很简单，但是能够达到完全不同的效果。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:55:17

把恒星变大能发生什么情况呢？

首先是恒星核心的温度更高，高到不可思议，将会达到几十亿度，甚至更高。
也就是说，在大恒星的高温中，没有元素可以用电磁力来阻挡它们之间的相互碰撞。
于是，元素的聚变就不断地进行，元素从较轻的元素不断地聚变成更重的元素。
在一个恒星中，可以产生5至6个聚变层，而每层都有若干种元素在聚变。
在这种洋葱式的聚变中，恒星等于同时变成了五、六个太阳，他们相互套在一起，
产生了极大的能量，也产生了极大的体积。
一个比太阳大八倍的恒星就能达到这样的状态，不会遭到任何元素的阻挡。
它会变成直径可以延伸到100亿公里左右的大火球，差不多是太阳直径的100万倍以上。
这种恒星就叫做超红巨星。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:55:43

实际上，恒星的每一次聚变，都是往里充气，因此，恒星就变得非常巨大，这是能量的气球。
不过，大恒星比小恒星短命得多，寿命成平方级骤减。
一个比太阳大八倍的恒星，它的寿命只有几百万年，生命的进化根本就不能依靠它们。
人们寻找地外生命时，一定要找小恒星。
只有小恒星才有足够长久的寿命。
而生命的进化，是一件不能着急的事情。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:56:02

大恒星的聚变，开始可能还慢一些，它的氢元素的聚变可能会持续100万年，而氦元素可能就只有10万年；
到了硅、铝等金属元素这里，也许只有几天或者几个小时就消耗完了。
这个时候，恒星就进入了最后的倒计时——宇宙中，核聚变并非完全按照温度加引力的模式进行。
实际上，在聚变的链条中，有一个非常可怕的环节——铁。
所有比我们的太阳大八倍的恒星，都将在铁元素这儿寿终正寝，
而所有的元素，也将在铁元素的作用下最后形成。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:56:26

恒星是一个由能量维持的大气球，或者说，
是一个火和气的建筑，它不断长大是因为有不断的核聚变在支撑。
当这个建筑越来越庞大时，其实也越来越危险，
就像大楼造得越高地基就要越坚固一样。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:56:49

当聚变到铁元素时，情况会突然发生逆转。
铁元素在聚变时，结构太稳定了，不仅不释放能量，而且还吸收周围的能量。
这就意味着恒星这座巨大建筑的地基崩溃了，当然也意味着恒星整体的坍塌。
在宇宙中，大级别的自由落体非常可怕，整个恒星的物质在一秒钟之内全部塌方到它的核心，
这是一个巨大质量的运动物体突然被迫静止的一瞬间释放出来的由位能转化为动能再转变成热能的过程。
这个能量远远超过恒星内部的核能，其温度也在瞬间远远高出核能。
总之，宇宙中的这一“釜底抽薪”，局部上得到了极高的温度和压力。
虽然，这个极高的能量在宇宙中只能持续一秒钟左右，
但是，足以完成宇宙赋予它的使命——制作所有的元素。
在这一瞬间，宇宙中的一个巨大无边的炽热的几百亿公里辽阔的火球消失了，
一切正在燃烧的熊熊烈火被无形的手拉向一个高度压缩的极小的核心，
这个核心可能只有原来巨大恒星的一万亿分之一。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:57:55

然而，黑暗只是一瞬间，仅仅是一秒钟。
接着，在那个被压缩的极小的点上，亮起了耀眼的光芒，一下子就把宇宙中的这一部分加亮了一千亿倍。
原来的巨大的红色巨星和它相比，就像是巨大的探照灯旁的一支微弱的烛光。
这就是超新星的爆发，物质的剧烈反弹与从核心涌出的光子和各种高能射线，形成超级宇宙风暴。
这个由动能造成的能量，居然比由核能点燃的恒星要明亮一千亿倍。
可以说，一颗超新星的能量，可以等同于一个拥有几千亿恒星的星系。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:58:19

这是个明亮的瞬间，宇宙的一切物质都应该为这一瞬间感动。
因为，宇宙中物质演化的全部奥妙，
就在这一瞬间中，极高的能量将生产出宇宙中构造大千世界的全部砖瓦——一百多种元素。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:58:39

宇宙选择这种方式生产元素还有一个重要的意义，
就是不仅在超级能量中制造所有的元素，而且，还要把这些元素播撒出去。
因为，如果没有特殊手段，宇宙一旦被引力束缚住，就很难再挣脱它的控制，
犹如人们在高压锅中焖熟了一锅好菜，高压锅的盖子却打不开。
在引力的核锅炉中合成的所有元素，终究难逃脱这个锅炉的约束。
而超新星的爆发，恰恰粉碎了引力这个高压锅，让宇宙中的好东西能够在宇宙中自由地飘荡。
一百多种元素的气体在宇宙中游荡，就能创造宇宙中的一切奇迹，包括我们这种不可思议的智慧生命。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:58:58

迄今为止，人们还没有发现宇宙中还有什么力量或者方式也能够制造元素。
我们几乎可以这样认为，宇宙中所有的元素都来自于大恒星的死亡。
当我们披金戴银的时候，一定要记住，至少有一颗比太阳大八倍的恒星为了它而粉身碎骨。
宇宙中不管在哪里发现了金和银，一定能够追溯到恒星爆炸的某一时刻。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:59:18

大恒星的死亡导致超新星爆发，这对宇宙的天体结构是一种冲击，
它附近的星球——大约100000亿公里范围内的星球，都将“惨不忍睹”。
一些靠得太近的恒星也许会解体，或者恒星外围的气体将被吹走，行星则早就被吞噬了，
因为，到了超新星爆炸的前夕，恒星一定是一颗红超巨星。
宇宙中较大的红超巨星几乎可以充满整个太阳系，
也就是说，可以把它的外壳延伸到一百亿公里，甚至更远。
然而，当它缩回去再喷洒出来的时候，就远远超过一百亿公里了。
所以，当超新星爆炸时，它的影响尺度是恒星级别的。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 22:59:43

超新星的存在是宇宙的意义深远的伟大，是物质的不可思议的狡猾。
它把引力应用得淋漓尽致，又不让引力过分得逞。
宇宙用大恒星作为制作元素的高压锅，而又使这个高压锅最终能够自行爆炸。
于是，宇宙中一锅一锅的新元素就弥漫到各个角落，使宇宙的元素变得丰富。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 23:00:03

超新星的存在是宇宙的意义深远的伟大，是物质的不可思议的狡猾。
它把引力应用得淋漓尽致，又不让引力过分得逞。
宇宙用大恒星作为制作元素的高压锅，而又使这个高压锅最终能够自行爆炸。
于是，宇宙中一锅一锅的新元素就弥漫到各个角落，使宇宙的元素变得丰富。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 23:00:13

由于大恒星的寿命很短，一般只有几千万年或者几百万年，
因此，从宇宙诞生到今天，应该有许多代超新星的高压锅爆炸。
这就意味着，宇宙中已经有了不少超新星制造的物质——重元素。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 23:00:33

每个超新星都是标准的生产线，都会产生出所有的宇宙元素。
在宇宙中的任何一点，只要发现了超新星的遗迹，就可以断定那里又出炉了一锅新的元素。

当然，与宇宙的大部分物质相比，超新星制造的元素还是极少的。
人们用高倍望远镜观察宇宙（学父注：应该是指接受宇宙射线的射电望远镜），
发现绝大多数的物质依然是氢气——宇宙中最古老、也是最简单的物质。

不过，我们很幸运，一定是一系列超新星的爆炸提供了把我们组合成生命的元素。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 23:00:58

通过引力的塌缩、崩溃、再塌缩和再崩溃，在这宇宙的巨大物质轮回中，
在某一个区域中，元素终于丰富稠密起来。
当然，这种丰富依然不能影响氢气的绝对主导地位，只不过，其他元素的比例相对高一些。

这些融合在氢气中的多种元素，又会在引力的摇动下，逐渐形成若干引力核。
物质向这个核流动，越聚越多。
当奔向这个核的物质达到我们的太阳的质量时，就会发生核聚变。
于是，核能就开始释放出来，原本灰色的物质球开始发光，
并且一下子膨胀得非常大，附近的空间都被它照亮了。

作者: 学父五迁 时间: 2015-12-16 23:01:24

我们的太阳就是这样诞生的，只不过这是五十亿年前的故事。
在宇宙中，一般情况下，恒星的孕育就像母鸡孵蛋似的，往往一孵就是一窝。
所以，很有可能我们的太阳还有几个同胞兄弟。
但是，正如小鸡长大要离开窝一样，在摇篮中诞生的太阳也会漂移到别的地方，兄弟们会分手。
这种分手对我们来说是好事儿，因为对于生命而言，恒星们过多地挤在一起是非常危险的。

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