三、造物之初
要制造生物这样的大物质,就必须先有碳、氢、氧、氮、磷、硫这些原子,同时也需要铁、铝、钾、钙、镁这些原子。我们现在已经知道,这些原子在地球上有的就是。那么,它们在宇宙中是否普遍存在?是否自古就有?
非也,它们既不是普遍存在,也不是自古就有。我们从元素周期表里看到的一百多种元素,在早期的宇宙中绝大多数并不存在。宇宙诞生之初只有两种元素——氢和氦,其中氢占75%,氦占25%。
这要从宇宙大爆炸说起,宇宙大爆炸刚开始的百分之一秒里,由于温度降到了一个合适的值,大量质子和中子开始形成,它们的比例是7:1,由于中子并不能孤立地存在,它必须和质子结合。于是宇宙中出现了氕(光溜溜一个质子)、氘(一个质子和一个中子)、氚(一个质子和两个中子)以及氦(两个质子和两个中子)。氕氘氚统称为氢,氢与氦的比例就是3:1(即75%和25%)。
大爆炸之后的宇宙一直处于膨胀之中,物质与物质的相互远离是宇宙亘古不变的规律。尽管对于整个宇宙来说相互远离是永恒的主题,但这并不妨碍“局部地区”的物质可以相互靠近。这与物质的密度有关。密度高的区域引力占主导,密度低的区域远离的惯性占主导。
当一团物质在引力作用下相互靠近时,它们会因为自身的压缩而升温、增压,最终会在这个区域造就一个高温高热的“火球”。温度越高就意味着物质的运动速度越快,当温度达到1000万度时,质子与质子的电磁斥力将无法阻挡它们的碰撞,于是开始发生氢原子变成氦原子的核反应(核聚变),这一反应会放出巨大的能量,向周围发射光和热,一颗恒星由此诞生。
4H —— He + 2e+ + 能量
太阳就是这样一颗恒星,在太阳中心,每秒钟就有5亿吨氢参与反应,但是制造出来的氦并没有5亿吨。其中400万吨物质转化为能量射向宇宙空间,其中又有5亿分之一来到地球,造就了地球40亿年的生命辉煌。
太阳是一颗较小的恒星,它目前的温度和压力只能让氢参与聚变并制造出氦,再过40亿年,太阳的中心温度和压力将达到另一个高度,让氦也参与到聚变中来,并且制造出碳。与此同时,锂、铍、硼也将被制造出来。
3He —— C + 能量
但是太阳的努力就到此为止了,由于太阳的质量不够大,它的温度和压力不足以让碳原子核碰撞,也就是说太阳永远不可能制造出比碳更重的元素。
更多元素必须依赖更大的恒星来制造。恒星的质量越大,其中心温度和压力就越高,越能制造出更多的元素。当恒星的质量达到太阳质量的8倍时,在它内部的聚变就会一往无前。
由于恒星的温度和压力总是中心高于外围,所以核反应总是发生在恒星的中心。越是高级别的反应越需要更高的温度和压力来启动,所以在恒星内部可以像洋葱一样被分成若干层,我们将其命名为“氢聚变层”、“氦聚变层”、“锂聚变层”……需要说明的是,氦聚变层里也有氢在参与聚变、锂聚变层里同时有氢和氦在参与反应。
就是这样,比氢和氦更大的元素被一点一点制造出来,但是,它们毕竟都在恒星内部,而要想组成生命,它们就必须存在于像地球这样的行星上。那么,这些元素接下来将怎样逃离恒星?请看下一讲:《恒星的一生》。
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