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宇宙-第42章

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它们变得足够大时,就会产生引力,吸引云团中的气体,主要是氢。当两块运动中的块状物相碰撞时,计算机使它们吸积在一起。上述过程一直进行到气尘以这种方式全部被结合完为止。结果取决于初始的条件,尤其是气体和尘埃的密度随与云团中心距离远近而分布变化的情况。但在一系列合理的初始条件下,会形成近似于我们太阳系的行星系,即大约10个行星,类地(球)行星靠近恒星,而类木(星)行星在最外圈。在其他情况下,不会形成行星,而仅仅产生弥散的小星状体;或者在恒星附近形成巨大的类本行星;或者一颗类木行星吸积了大量的气体和尘埃而变成一颗恒星,形成一个双星系。似乎在整个银河系中可以发现大量各种各样的行星系,但现在还不能完全肯定,而且我们认为,很可能所有的恒星都来自这样的气尘云。在银河系中可能有上千亿个行星系,等待着我们去探测。

  这些行星中没有一个会与地球相同。看起来大多数行星的条件都是恶劣的,只有少数几个可能是宜人的。其中许多行星的景色将是极其美丽壮观的。在某些行星上,白天会有许多太阳在天空照耀,夜晚则有许多月亮倾泻着银光,或者在地平线上咆哮着巨大的粒子环。一些月亮可能离行星很近,以致它们的卫星高挂在大空,遮住了半边天际。某些行星可能看起来像巨大的气状星云,它们是以前一颗普通恒星毁灭后的残迹。在所有这些世界的天空中充满了遥远的外来星座,其中可能会有一个暗黄色的恒星,一颗用肉眼观察不到的、只有用望远镜才能看到的恒星,它是探测银河系这一小小区域的星际飞船队的发源地。

  如前所述,空间和时间是互相缠结的。行星和恒星也和人一样,有出生、成长和消亡的过程。人的寿命一般只有几十年,而太阳的寿命则比1亿年还长。与一颗恒星的寿命相比,我们就好比蜉蝣一样,朝生暮死,不到一天就结束了生命。在这种短命的生物看来,人类是迟钝的、令人厌倦的、几乎不动的、几乎什么事情也不做的。而在恒星看来,人生不过只是短暂的一瞬,只是亿万短暂生命的一员,虚弱地挣扎在一个由硅酸盐和铁组成的酷寒而又坚硬的、极其遥远的星球表面上。

  在宇宙所有的行星上,无时无刻不在发生着各种事件,它们决定着行星的未来。而在我们这个小小的星球上,此时此刻正处在一个历史的转折关头,不亚于 2500年前古爱奥尼亚科学家所面临的转折。我们今天的所作所为将影响到若干世纪,并在很大程度上决定我们子孙后代的命运。如果星球也有命运的话,也将影响到它们的归宿。

第九章 恒星的生命

第九章 恒星的生命 

  太阳神睁开双眼,埃及大地撒满阳光,当他闭上眼睛,埃及大地便又陷入黑暗,由此方有白昼和黑夜之分。诸神出于其口,像生出自其眼。万物莫不由他创造。他是金碧辉煌的神童,他的光芒使所有的生命都显得生气勃勃。

  引自古埃及托勒密王朝时期的禅语

  上帝创造的物质颗粒的形状和大小各异,……也许密度和引力也不相同。因此,自然规律才会千变方化,宇宙也才会千姿百态。至少我看不出这一切有什么矛盾之处。

  牛顿《光学》

  夜空高悬,星光闪闪:我们常常躺在地上,仰望群星,谈论着这些星星究竟是创造出来的还是自然产生的。

  马克·吐温《哈克贝利·芬》

  每当我……极需得到……宗教的安慰时,我就到户外去描绘夜空的繁星。

  荷兰画家梵·高

  制作苹果馅饼需要小麦和苹果,还要这儿加一点、那儿添一撮,最后用炉子烘烤。馅饼的配料是由分子组成的,比如糖分子或水分子。这些分子又是由碳原子、氧原子、氢原子及少数其他原子组成的。这些原子又来自何方呢?除氢原子外,其他的原子都是星体造就的,一个星球就像一个宇宙灶,能把氢原子烧制成较重的原子。星球是由星际的气体和尘埃凝聚而成的,氢是这些气体和尘埃的主要成分。氢是在宇宙大爆炸中生成的。假如你想从头开始制作苹果馅饼,你就必须首先创造宇宙。

  假如把一个苹果馅饼切成两半,将其中的一半再切成两半,按照德漠克利特的想法这样切下去,要切多少次才能切成原子呢?答案是:大约要连续切90次。这当然是不可能做到的。因为不会有这么锋利的刀,况且馅饼又极易破碎;原子非常小,肉眼无论如何是看不见的。不过,还是有办法做到的。

  在1910年前后的45年中,人们在英格兰剑桥大学首次揭示了原子的本质。这个方法之一是:用原子碎片轰击原子,再观察它们是如何跳出来的。典型的原子外层裹着一层电子云。电子就是带电的粒子,它所带的电荷被随机地规定为负电荷。电子决定原子的化学性质,因此才有光灿灿的金子,冷冰冰的铁和具有晶体结构的钻石。在原子的内部,原子核深深隐藏在电子云里面,它是由带正电荷的质子和中性的中子组成的。原子非常小,1亿个原子首尾相连也只有小指尖那么大。而原子核则更小,只有原子的十万分之一。难怪人们用了这么长的时间才发现原子核①,然而,原子的大部分质量却集中在原子核内。相比之下,电子犹如漂浮的绒毛。由此可见,原子内部充满了空间,物质内部是很空虚的。

  我就是由原子组成的,我放在桌子上的胳膊肘就是由原子组成的,桌子也是由原子所组成的。既然原子如此之小,原子内部又是如此之空虚,原子核甚至更小,那么,为什么桌子能把我撑住?为什么我的胳膊肘的原子核不会轻易地滑进桌子的原子核中去呢?为什么我不会卷成一团或者掉到地球的另一端呢?A·爱丁顿就是经常这样问自己的。

  答案在电子云里。我胳膊肘中的原子外层有负电荷,桌子中每个原子的外层也都有负电荷,这些负电荷相互排斥。我的胳膊肘之所以不会穿透桌子,就是因为原子核周围有电子,这些电子的电力是很强的。日常生活中的一切无不依赖原子的结构。如果去掉原子中的电荷,任何事物都将变成看不见的微尘。没有这种强大的电的作用力,世界上就不会有物体,而只有四处漂游的电子、质子和中子以及基本粒子的引力球——支离破碎的宇宙残骸。

  当我们假定将苹果馅饼切成单一的原子时,我们面临着一个无穷小的问题;当我们抬头仰望夜空时,我们则碰到一个无穷大的问题。这些无穷是时空的无穷回归:在空间上没有尽头,在时间上没有穷尽。如果你站在理发店的两面镜子之间,你会看到你本人的许多映像,每一个映像都是另一个映像的反映。但你不可能看到无穷无尽的映像,因为镜子不可能绝对平整,光传播的速度也不是无穷快,同时,你站在镜子中间阻碍了光的反射。这里所谓的“无穷大”是一个比任何数字都要大的数。

  有一次,名叫E·卡斯纳的美国数学家要他9岁的侄子为一个非常大的数字取个名字,这个数是10的100次方,即1后面跟着100个零。这个孩子称这个数为“Googol”,写出来是10000000……。你也可以自己组成一个非常大的数,再给它起个奇妙的名字。试试看,这是顶有趣的,特别是如果你碰巧也才9岁。“Googol”(10100)似乎够大的了,再设想一下“Googolplex”(10 10100 )它是10的10100次方,即1后面跟 10100个零。人体中原子的总数大约为炉,而在能观察得到的宇宙中,基本粒子——质子、中子和电子——的总数大约是1080。如果宇宙是由中子填充的实心体②,也就是说,在宇宙中不留任何空间,所需的中子数大约为 10128。这个数目与“Googol”相比是大得多了,但与“Googolplex”相比就微乎其微了。况且“Googol”和“Googolplex”都谈不上接近无穷大。确切地说,它们同无穷大的距离与1同无穷大的距离是一回事。如果有人试图写出“Googolplex”,这只能是毫无希望的侈想。即使有一张纸大到足以清晰地容纳下“Googolplex”所包含的所有的零,整个已知的宇宙也塞不下这张大纸。幸好“Googolplex”有一个很简单的表示法:10 10100 ,无穷大也有相应的表示:“∞”(读作“无穷大”)。

  烧焦的苹果馅饼大部分变成碳。切90次即可得到碳原子。碳原子核中有6个质子和6个中子,外层云中有6个电子。假如我们从原子核中取出一小块,比如说一块带两个质子和两个中子的碎片,它将不再是碳原子核,而是氦原子核。在核武器和普通的核电厂中所进行的正是这种原子核的切割或裂变,只是它们所分裂的不是碳。在你第91次切割苹果馅饼时,或者当你从碳原子核上切下一薄片时,你所得到的不是一小块碳,而是化学性质完全不同的其他原子,这就叫做“元素嬗变”。

  让我们来进一步探索这个问题。我们知道,原于是由质子、中子和电子组成的。那么,我们能分割质子吗?假如我们在高能条件下用其他基本粒子(比如质子)来轰击质子,我们就可以看到隐藏在质子内部更基本的粒子单位。物理学家现在认为,像质子和中子等所谓的基本粒子,实际上是由称为夸克的更基本的粒子组成的。夸克的性质可以说是“色香味俱全”,这样说是为了让人们更好地理解原子核世界。夸克是物质的最小组成单位吗?或者它自身也是由更小更基本的粒子组成的?我们对物质性质的认识是否已经到底了?是否还存在着无限的越来越小的基本粒子呢?这是科学上还没有解决的一个最大的问题。

  在中世纪的实验室中,为了探求炼丹术,人们曾经探索过元素的嬗变。许多炼丹士都相信,所有的物质都是4种基本物质——水、气、土�
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