晴朗的夜空,我們抬頭瞭望,無(wú)邊的天際布滿了繁星,這些星星基本上都是恒星。所謂天上的星星數(shù)也數(shù)不清只是蒙昧?xí)r代的臆斷,人眼能夠看到的星星天文學(xué)家們?cè)缇团辶?,只有六千多顆。這六千多顆還不是我們一眼就能看到的,而是地球轉(zhuǎn)一圈所能見(jiàn)到的所有星星。
在這能看見(jiàn)的六千多顆星星里,只有五顆屬于行星,就是金木水火土五顆行星,其余的都是恒星。從天文尺度來(lái)說(shuō),行星是距離我們很近,且很小的天體,它們自身不發(fā)光,只是反射恒星的光才被我們看到。而恒星相對(duì)距離我們很遠(yuǎn),最近也有四點(diǎn)二二光年,這就是比鄰星。
肉眼能看到最遠(yuǎn)的恒星是華蓋三,距離我們一萬(wàn)六千多光年,但視星等只有五點(diǎn)八,是人眼可見(jiàn)的暗弱極限。而我們輕易能夠看到的恒星,絕大多數(shù)距離都在數(shù)光年到數(shù)十上百光年之間。這些恒星都屬于銀河系距離我們比較近的恒星。銀河系半徑有10萬(wàn)光年,有恒星數(shù)千億顆,絕大部分肉眼看不見(jiàn),甚至望遠(yuǎn)鏡也看不見(jiàn)。
在許多科幻作品中,人類遭受到外星人入侵,這些外星人都是來(lái)爭(zhēng)奪地球資源的。其實(shí)這都是扯淡,地球有什么資源?有山有水有礦藏,就會(huì)被外星人惦記,長(zhǎng)途跋涉若干光年來(lái)到地球爭(zhēng)奪?你知道一艘飛船要進(jìn)行跨光年級(jí)的旅行需要多久嗎,需要多少能量和資源嗎?
憑人類現(xiàn)有的科技這種跨光年旅行是不可想象的,很可能消耗掉人類現(xiàn)在能夠掌握的所有能量和資源都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。外星人到這里來(lái)要點(diǎn)這種可憐的資源,豈不是舍本求末,得不償失?如果外星人具備跨越光年距離來(lái)到地球的科技,在哪里找不到所需資源?
首先,外星人很可能并非碳基生命體,對(duì)環(huán)境和物質(zhì)的需求與人類完全不一樣,人類所依賴的環(huán)境和物質(zhì)對(duì)它們來(lái)說(shuō)很可能就是毒物或極端危險(xiǎn)。比如如果土衛(wèi)六有生命,則可能是某種烷基生命,只能依賴甲烷乙烷等非水溶劑,在零下一百七十九攝氏度環(huán)境下才能生存,它們通過(guò)如甲烷裂解的化學(xué)反應(yīng)來(lái)獲取能量,而不是像地球生物,依賴氧氣或光合作用獲得能量。
因此,諸如此類的生命智慧體來(lái)到地球,幾乎所有物質(zhì)都是毒物,就是人們認(rèn)為愜意春日氣溫,都會(huì)瞬間讓其一命嗚呼。
其次,即便外星人是和人類一樣的碳基生命體,能夠掌握跨光年距離旅行的科技,也應(yīng)該已經(jīng)進(jìn)化到非肉體生物的存在形式,否則所需資源和壽命將讓其無(wú)法在太空中生存。因此,他們所需資源也完全不是人類現(xiàn)在所需要的那些物質(zhì),而是只要足夠的能量,轉(zhuǎn)化宇宙中的元素即可。而在宇宙中,我們地球存在的所有元素到處遍布。
尤其是恒星。恒星,是宇宙最主要組成部分,質(zhì)量占宇宙可見(jiàn)總質(zhì)量的99%以上。比如我們太陽(yáng)系,唯一的恒星就是太陽(yáng),其質(zhì)量占整個(gè)太陽(yáng)系可見(jiàn)總質(zhì)量的99.86%,其余的所有行星、矮行星、衛(wèi)星、小行星、彗星、碎片塵埃加起來(lái)也只占0.14%。
宇宙中所有物質(zhì),包括恒星都是由元素組成,生命也是如此。現(xiàn)在人類已知的元素有118種,其中自然界發(fā)現(xiàn)了94種,人工合成的有24種。除此之外,一些元素還在探索發(fā)現(xiàn)中,比如119號(hào)和120號(hào)元素,科學(xué)家們努力了許多年,依然沒(méi)有合成出來(lái)。
那么,宇宙中這些元素哪里來(lái)的呢?其實(shí)就是恒星制造出來(lái)的。開(kāi)始什么都沒(méi)有,宇宙也不存在,只有真空,真空中有量子泡沫能量涌動(dòng),這些能量以虛粒子對(duì)的形式隨機(jī)出現(xiàn),又相互湮滅。直到這種對(duì)稱出現(xiàn)了破缺,一個(gè)虛粒子沒(méi)有被湮滅而爆發(fā)了,這就是宇宙奇點(diǎn),時(shí)空和物質(zhì)同時(shí)出現(xiàn)。
宇宙奇點(diǎn)經(jīng)過(guò)暴脹和不斷膨脹,四種基本力現(xiàn)后出現(xiàn),隨著極端高溫高壓的能量漿漸漸冷卻,三十八萬(wàn)年后出現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子,最終組成了原子,真正的物質(zhì)誕生了。最早的物質(zhì)是最輕的氫元素,以后出現(xiàn)了氦和極少量的鋰,這是元素周期表鋰第一第二第三元素。
最早的恒星就是在由這些元素組成的星云中誕生,這些簡(jiǎn)單的元素當(dāng)然不能組成生命和世界萬(wàn)物。但恒星是一個(gè)大熔爐,從其誕生那一刻起,就擔(dān)負(fù)起了制造元素的職能。
元素之所以不同,就是由于原子核質(zhì)子個(gè)數(shù)的不同,質(zhì)子個(gè)數(shù)越多的原子核就越重,外圍電子就同步增多。氫原子是最輕的原子,原子核中的質(zhì)子只有一個(gè),外圍電子也只有一個(gè);而氦原子和鋰原子核里的質(zhì)子分別為兩個(gè)三個(gè),外圍電子也分別為兩個(gè)三個(gè);第一百一十八號(hào)元素?(Og),系數(shù)為一百一十八,核子里的質(zhì)子有一百一十八個(gè),外圍電子也有一百一十八個(gè)。
恒星是如何從開(kāi)始只有氫和氮組成的星體,制造出越來(lái)越多的重元素呢?我們只要簡(jiǎn)單了解了恒星的生成和死亡過(guò)程,就知道了。
恒星,是由巨大的分子云凝聚收縮而成,由于萬(wàn)有引力作用,分子云會(huì)收縮得越來(lái)越緊,核心的溫度和壓力就越來(lái)越高,比如太陽(yáng)核心壓力達(dá)到1500億攝氏度,3000億個(gè)大氣壓。這樣,氫原子的外層電子被剝離露出原子核,原子核被逼著擠在一起,氫原子核就變成了氦原子核,這就叫核聚變。
核聚變會(huì)將0.7%的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量,這個(gè)能量遵循愛(ài)因斯坦質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E=CM^2,是非常巨大的,由此生生不息的向太空輻射著能量。恒星就是通過(guò)核心不斷地氫核聚變,讓越來(lái)越多的氫變成氦,從此,宇宙中的氦逐漸多了起來(lái)?,F(xiàn)在宇宙元素豐度是,氫占比74%,氦占比24%,其余所有元素加起來(lái)不到2%。
世界萬(wàn)物都是由元素組成的,不同的元素可以生成不同的物質(zhì),不同比例的元素采用不同的方式組合在一起,就能夠變化出萬(wàn)物和生命。宇宙中,氫和氦占據(jù)了98%以上的份額,但這兩種元素并不能組成宇宙萬(wàn)物,而那僅占不到2%的其余元素,才對(duì)生命和萬(wàn)物的形成卻起著至關(guān)重要的作用。
那么,這2%不到的其他元素又是如何得到的呢?還是依靠恒星這個(gè)大熔爐。恒星都是有生命周期的,有的壽命長(zhǎng),有的壽命短,恒星壽命的長(zhǎng)短完全取決于其質(zhì)量。質(zhì)量越大的恒星壽命越短,相反壽命則越長(zhǎng)。
太陽(yáng)的質(zhì)量約為2*10^30kg,這種質(zhì)量的恒星,壽命約為100億年,是一種中等壽命的恒星;壽命最長(zhǎng)的恒星是紅矮星,質(zhì)量只有太陽(yáng)的0.5~0.075,壽命可達(dá)數(shù)百億年到數(shù)萬(wàn)億年;壽命最短的是大質(zhì)量恒星,有的質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)100倍以上,壽命則只有幾百萬(wàn)年。
質(zhì)量越大的恒星,死亡得越慘烈。大于太陽(yáng)質(zhì)量八倍以上的恒星,死亡時(shí)都會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā),死亡前的核心溫度極高,動(dòng)輒達(dá)到數(shù)十億度到百億度。超新星爆發(fā)時(shí),溫度和壓力就更高,有的溫度達(dá)到千億度以上,壓力達(dá)到10^28個(gè)大氣壓。
大質(zhì)量恒星死亡后的尸骸就是中子星和黑洞。這些恒星即便死了也不會(huì)消停,還會(huì)“詐尸”。中子星會(huì)不斷吸積,或者兩顆中子星碰撞,黑洞也會(huì)合并和碰撞,這時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)更大的爆發(fā),其溫度峰值可達(dá)萬(wàn)億度,壓力峰值可達(dá)恐怖的10^30個(gè)大氣壓。
這種極端溫度和壓力,讓不同的元素不斷被熔煉出來(lái)。
二零一七年,全球科學(xué)家首次觀測(cè)到了兩顆中子星相撞,這兩顆中子星距離我們一點(diǎn)三億光年,據(jù)推測(cè),碰撞的結(jié)果產(chǎn)生了約三百個(gè)地球質(zhì)量的黃金,飄散在了太空中。
目前的科學(xué)常識(shí)是,所有的元素之所以不同,都是由于原子核中的質(zhì)子數(shù)不同導(dǎo)致的。質(zhì)子越多的元素,形成的條件就越極端,依靠極端的溫度和壓力,讓較輕的原子核聚變成更重的原子核,就能得到密度更高的元素。
因此,這個(gè)世界上所有的重元素都是恒星這個(gè)大熔爐制造出來(lái)的。宇宙壽命已經(jīng)138億年了,宇宙創(chuàng)生初期,大質(zhì)量恒星居多,因此生命周期也很短,早就有無(wú)數(shù)的大質(zhì)量恒星前赴后繼地爆發(fā)死亡了,由此就創(chuàng)造出了宇宙中如此豐富的元素。
恒星是生命的“宇宙熔爐”,通過(guò)制造元素、提供能量和塑造環(huán)境,為生命奠定了基礎(chǔ)。由此,恒星才是宇宙中唯一的元素制造工廠。正如卡爾·薩根所言:“我們由恒星物質(zhì)構(gòu)成,是宇宙認(rèn)識(shí)自我的方式?!毖芯孔C明,人體內(nèi)幾乎所有原子(如血液中的鐵、骨骼中的鈣)均源自恒星死亡的遺物,因此人類本質(zhì)上是“星塵之子”。
太陽(yáng)系有如此豐富的元素種類,說(shuō)明我們太陽(yáng)系并非是宇宙原始星云凝聚而成的,而是經(jīng)歷過(guò)一次以上,甚至多次超新星爆發(fā)殘留的星云重新凝聚而成。有了如此豐富的重元素,才能出現(xiàn)像地球這種行星,并且孕育出了豐富多彩的生命。
當(dāng)然,太陽(yáng)系的元素組成與宇宙元素豐度差不多,也是氫和氦占據(jù)了98%以上。但就是剩下的那不到2%,就足夠形成地球等八大行星所需的各種元素了。地球質(zhì)量只有太陽(yáng)的三十三萬(wàn)分之一,整體元素百分比約為:鐵三十二,氧三十,硅一十五,鎂十四,硫三,鎳二,鈣一點(diǎn)五,鋁一點(diǎn)四,還有其他一百多種元素加起來(lái)也才約一點(diǎn)幾。
正是這豐富的元素組合在一起,才孕育出了千變?nèi)f化的世界和生命。在太陽(yáng)系形成過(guò)程中,太陽(yáng)本身吸取凝聚了絕大部分物質(zhì),剩下一點(diǎn)邊角余料渣渣塵埃,就組成了若干顆行星和小行星、衛(wèi)星,地球就是這些渣渣里的一點(diǎn)點(diǎn)。
而宇宙中,太陽(yáng)只是宇宙中很普通的一顆中小恒星,僅銀河系,就有恒星數(shù)千億顆。整個(gè)宇宙至少有幾千億乃至數(shù)萬(wàn)億個(gè)星系,恒星數(shù)也數(shù)不清。這些恒星都和太陽(yáng)一樣,主要由氫和氦組成,每時(shí)每刻都在發(fā)生著核聚變,就源源不斷地生產(chǎn)著更重地元素,經(jīng)歷過(guò)恒星死亡爆炸次數(shù)越多的星云,重新凝聚而成的恒星重元素就越多。當(dāng)然,多也只是多了那么一點(diǎn)點(diǎn),但就是這么一點(diǎn)點(diǎn),造就了更豐富地世界。
這些,才是宇宙中取之不盡用之不竭的資源。隨著宇宙智慧體文明程度越來(lái)越高,對(duì)所謂“自然資源”的依賴就會(huì)越來(lái)越少,而對(duì)恒星能量和元素的依賴則會(huì)越來(lái)越大,由此,恒星才是高等級(jí)文明最重要,甚至唯一的資源來(lái)源。
在我過(guò)去的許多文章中一再?gòu)?qiáng)調(diào),隨著宇宙智慧體,包括人類科技文明的不斷升級(jí),智慧體本身也會(huì)不斷升級(jí)換代,從純生物體變?yōu)樯锖椭悄軝C(jī)器的結(jié)合體,最終脫離生物體,升級(jí)為機(jī)器甚至量子能量體。這時(shí)候,智慧文明才能真正具備跨越宇宙甚至?xí)r空的能力。而這個(gè)時(shí)候的智慧文明,對(duì)資源的需求就是純?cè)睾湍芰苛耍阈莿t是這些資源的唯一寶庫(kù)。
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