导读:有可能用一锅意大利面解释宇宙的起源吗?生命的元素是从哪里来的?我们每个人都曾来自天上的星星吗?
时间一点点过去,快到傍晚时,雨停了,天边的星星也渐渐露出了踪迹。
一家人要做晚饭了。妈妈拿出意大利面条和番茄肉酱。妹妹和哥哥想吃一种字母面条,每个字母有指甲盖那么大,有从A到Z各种各样的字母。
煮开水后,爸爸抓了几把字母撒进锅里。只见一个个字母在锅里上下翻腾,混合又分开。妹妹很想看看面条是怎么煮熟的,凑过来观看锅里的字母。哥哥问她在看什么,妹妹说,“我想看看这些字母能组成什么样的单词?”
“哈哈!你想找哪个单词?”哥哥问。
“我想找hi。”妹妹回应道。
锅里的水渐渐变成了一锅面汤。两个小脑袋凑在锅前,盯着上下滚动的字母,看到了一个h,可是没有i,或者看到了一个i,可是h却在很远的地方。过了一会,他们一无所获。
“你们知道吗?”,爸爸突然问道,“早期的宇宙就是一大碗浓汤。浓汤里也有很多自字母。这些字母不是ABC,而是电子、光子等基本粒子。一切都混合在一起,杂乱无章。那时宇宙的温度也极高,比这锅的里的汤温度高得多。[1]”
“有多高?”妹妹问。
“按照大爆炸理论,宇宙起源于一个密度极高、空间极小的一个点,大爆炸后,宇宙温度有几百亿度,在这么高的温度下,热把一切都分开了,根本无法形成规则的物质。就像我们这锅面汤,随着水流上下翻滚,你们很难找到一个有意义的单词。随着时间推移,宇宙的温度逐渐下降,才有可能产生有意义的物质结构。”爸爸说。
早期宇宙背景辐射波面条渐渐熟了,爸爸关火。所有的字母缓缓地停止了舞动,陆续沉到锅底。
爸爸接着说:“宇宙诞生后20微秒,也就是1毫秒的千分之二十,这些基本粒子之间形成了一种力量,把三个夸克结合起来形成了质子和中子。稍后,这种被称为核力的力量又把质子和中子结合起来,形成了第一个原子核。此时距离宇宙诞生过去了1分钟,宇宙的温度降到了100亿度。可宇宙里只有氢原子核和氦原子核。”
“这个宇宙真单调。”哥哥说。
“又经过了几十万年,宇宙温度逐渐降低到3000度,一种新的力量开始起作用。这种力就是电磁力,它让带正电的原子核吸引带负电的电子,二者结合形成了第一个氢原子和氦原子。”爸爸说。
“过了这么久终于出现了第一个原子。”哥哥感叹道。
“由于很多自由电子被电磁力吸引形成原子,宇宙中的自由电子渐渐消失,宇宙变得透明了。就像这锅面条汤,冷了后也会渐渐变得透明。这时光子可以在空间中自由游荡。而原子渐渐形成更大的物质,宇宙到了1亿岁的时候,这些原子渐渐凝聚成星系。而在星系内部,物质在重力作用下聚集,体积越来越大的物质受自身重量开始收缩,而收缩引起引起温度的升高。”爸爸说。
早期星系“啊,宇宙里又开始升温了!”妹妹说。
“对”,爸爸继续说道,“当升高到1000万度时,4个氢发生核聚变形成氦,并把多余的质量转化为能量释放出来,于是恒星开始发光了。温度继续升高到1亿度时,三个氦核合成了碳核,而四个氦核形成了氧核。恒星继续坍塌收缩,温度升高到10亿度时,更多的原子被这个太空中的元素工厂加工出来:铁、铜、金、铅... 直到目前已知的100多种元素就这样被一一制造出来了。”
“哦,原来这些生命必须的元素是这样制造出来的。然后呢?”哥哥说。
“当恒星耗尽了燃料,一些较大的恒星会向自身坍塌,体积被压缩到极限而温度升高到极高,这个恒星最终发生了剧烈的爆炸,把它的残骸以极快的速度抛射到广阔的太空中,这就是超新星爆发。这些喷发出来的珍贵的氧、碳、氮、铁、硅等元素构成了新的恒星和行星,并终于在某一天形成了生命所必须的氨基酸、蛋白质。”
“这就是地球生命的基本元素?”哥哥问。
“对,从这个意义上来讲,地球上的生命都来自于超新星爆发后发射到太空中的残骸。”
蟹状星云超新星爆发哥哥和妹妹瞪大了眼睛,不敢相信。
“换句话说,我们都是散落在宇宙中的星骸,这些星星并没有死去,而是以一种新的方式凝聚起来。”爸爸说。
爸爸说完这些,锅底的字母都平息下来,渐渐冷却了。可以捞出来了。妹妹突然发现,在锅底有一个h和一个i并到了一起,开心地叫了起来:“hi!”大家都看到了那个hi。
爸爸把所有的字母捞出来,他一边盛到碗里一边说,“我们只用了十几分钟就找到了一个hi。宇宙诞生后等待了140亿年,才等到人类智慧生命的诞生,这个智慧生命终于和宇宙说了一声期待已久的----hi。”
爸爸给每人盛了一碗,拌上番茄酱。一家人很快吃完了晚饭。
注:
- (法)于贝尔·雷弗、(法)若埃尔·德·罗斯内、(法)伊夫·科佩恩 (法)多米尼克·西莫内 / 吴岳添,《最动人的世界史 : 我们的起源之谜》 ,复旦大学出版社,2006-4
- 本连载是 《时间之问·少儿版》。
如对跨学科内容感兴趣,请关注写给大人的 《时间之问》。
网友评论
好棒!
我上课有用,谢谢