晴朗的夜空,我們抬頭瞭望,無邊的天際布滿了繁星,這些星星基本上都是恒星。所謂天上的星星數也數不清只是蒙昧時代的臆斷,人眼能夠看到的星星天文學家們早就弄清了,只有六千多顆。這六千多顆還不是我們一眼就能看到的,而是地球轉一圈所能見到的所有星星。
在這能看見的六千多顆星星里,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。從天文尺度來說,行星是距離我們很近,且很小的天體,它們自身不發光,只是反射恒星的光才被我們看到。而恒星相對距離我們很遠,最近也有四點二二光年,這就是比鄰星。
肉眼能看到最遠的恒星是華蓋三,距離我們一萬六千多光年,但視星等只有五點八,是人眼可見的暗弱極限。而我們輕易能夠看到的恒星,絕大多數距離都在數光年到數十上百光年之間。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10萬光年,有恒星數千億顆,絕大部分肉眼看不見,甚至望遠鏡也看不見。
在許多科幻作品中,人類遭受到外星人入侵,這些外星人都是來爭奪地球資源的。其實這都是扯淡,地球有什么資源?有山有水有礦藏,就會被外星人惦記,長途跋涉若干光年來到地球爭奪?你知道一艘飛船要進行跨光年級的旅行需要多久嗎,需要多少能量和資源嗎?
憑人類現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在能夠掌握的所有能量和資源都無法實現。外星人到這里來要點這種可憐的資源,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,對環境和物質的需求與人類完全不一樣,人類所依賴的環境和物質對它們來說很可能就是毒物或極端危險。比如如果土衛六有生命,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境下才能生存,它們通過如甲烷裂解的化學反應來獲取能量,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到地球,幾乎所有物質都是毒物,就是人們認為愜意春日氣溫,都會瞬間讓其一命嗚呼。
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,也應該已經進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法在太空中生存。因此,他們所需資源也完全不是人類現在所需要的那些物質,而是只要足夠的能量,轉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,質量占宇宙可見總質量的99%以上。比如我們太陽系,唯一的恒星就是太陽,其質量占整個太陽系可見總質量的99.86%,其余的所有行星、矮行星、衛星、小行星、彗星、碎片塵埃加起來也只占0.14%。
宇宙中所有物質,包括恒星都是由元素組成,生命也是如此。現在人類已知的元素有118種,其中自然界發現了94種,人工合成的有24種。除此之外,一些元素還在探索發現中,比如119號和120號元素,科學家們努力了許多年,依然沒有合成出來。
那么,宇宙中這些元素哪里來的呢?其實就是恒星制造出來的。開始什么都沒有,宇宙也不存在,只有真空,真空中有量子泡沫能量涌動,這些能量以虛粒子對的形式隨機出現,又相互湮滅。直到這種對稱出現了破缺,一個虛粒子沒有被湮滅而爆發了,這就是宇宙奇點,時空和物質同時出現。
宇宙奇點經過暴脹和不斷膨脹,四種基本力現后出現,隨著極端高溫高壓的能量漿漸漸冷卻,三十八萬年后出現了電子、質子、中子,最終組成了原子,真正的物質誕生了。最早的物質是最輕的氫元素,以后出現了氦和極少量的鋰,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,這些簡單的元素當然不能組成生命和世界萬物。但恒星是一個大熔爐,從其誕生那一刻起,就擔負起了制造元素的職能。
元素之所以不同,就是由于原子核質子個數的不同,質子個數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,原子核中的質子只有一個,外圍電子也只有一個;而氦原子和鋰原子核里的質子分別為兩個三個,外圍電子也分別為兩個三個;第一百一十八號元素?(Og),系數為一百一十八,核子里的質子有一百一十八個,外圍電子也有一百一十八個。
恒星是如何從開始只氫和氮組成的星體,制造出越來越多的重元素呢?我們只要簡單了解了恒星的生成和死亡過程,就知道了。
恒星,是由巨大的分子云凝聚收縮而成,由于萬有引力作用,分子云會收縮得越來越緊,核心的溫度和壓力就越來越高,比如太陽核心壓力達到1500萬攝氏度,3000億個大氣壓。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。
核聚變會將0.7%的質量轉化為能量,這個能量遵循愛因斯坦質能轉換公式E=CM^2,是非常巨大的,由此生生不息的向太空輻射著能量。恒星就是通過核心不斷地氫核聚變,讓越來越多的氫變成氦,從此,宇宙中的氦逐漸多了起來。現在宇宙元素豐度是,氫占比74%,氦占比24%,其余所有元素加起來不到2%。
世界萬物都是由元素組成的,不同的元素可以生成不同的物質,不同比例的元素采用不同的方式組合在一起,就能夠變化出萬物和生命。宇宙中,氫和氦占據了98%以上的份額,但這兩種元素并不能組成宇宙萬物,而那僅占不到2%的其余元素,才對生命和萬物的形成卻起著至關重要的作用。
那么,這2%不到的其他元素又是如何得到的呢?還是依靠恒星這個大熔爐。恒星都是有生命周期的,有的壽命長,有的壽命短,恒星壽命的長短完全取決于其質量。質量越大的恒星壽命越短,相反壽命則越長。
太陽的質量約為2*10^30kg,這種質量的恒星,壽命約為100億年,是一種中等壽命的恒星;壽命最長的恒星是紅矮星,質量只有太陽的0.5~0.075,壽命可達數百億年到數萬億年;壽命最短的是大質量恒星,有的質量超過太陽100倍以上,壽命則只有幾百萬年。
質量越大的恒星,死亡得越慘烈。大于太陽質量八倍以上的恒星,死亡時都會發生超新星爆發,死亡前的核心溫度極高,動輒達到數十億度到百億度。超新星爆發時,溫度和壓力就更高,有的溫度達到千億度以上,壓力達到10^28個大氣壓。
大質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消停,還會“詐尸”。中子星會不斷吸積,或者兩顆中子星碰撞,黑洞也會合并和碰撞,這時候就會出現更大的爆發,其溫度峰值可達萬億度,壓力峰值可達恐怖的10^30個大氣壓。
這種極端溫度和壓力,讓不同的元素不斷被熔煉出來。
二零一七年,全球科學家首次觀測到了兩顆中子星相撞,這兩顆中子星距離我們一點三億光年,據推測,碰撞的結果產生了約三百個地球質量的黃金,飄散在了太空中。
目前的科學常識是,所有的元素之所以不同,都是由于原子核中的質子數不同導致的。質子越多的元素,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,這個世界上所有的重元素都是恒星這個大熔爐制造出來的。宇宙壽命已經138億年了,宇宙創生初期,大質量恒星居多,因此生命周期也很短,早就有無數的大質量恒星前赴后繼地爆發死亡了,由此就創造出了宇宙中如此豐富的元素。
恒星是生命的“宇宙熔爐”,通過制造元素、提供能量和塑造環境,為生命奠定了基礎。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:“我們由恒星物質構成,是宇宙認識自我的方式。”研究證明,人體內幾乎所有原子(如血液中的鐵、骨骼中的鈣)均源自恒星死亡的遺物,因此人類本質上是“星塵之子”。
太陽系有如此豐富的元素種類,說明我們太陽系并非是宇宙原始星云凝聚而成的,而是經歷過一次以上,甚至多次超新星爆發殘留的星云重新凝聚而成。有了如此豐富的重元素,才能出現像地球這種行星,并且孕育出了豐富多彩的生命。
當然,太陽系的元素組成與宇宙元素豐度差不多,也是氫和氦占據了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。地球質量只有太陽的三十三萬分之一,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,鈣一點五,鋁一點四,還有其他一百多種元素加起來也才約一點幾。
正是這豐富的元素組合在一起,才孕育出了千變萬化的世界和生命。在太陽系形成過程中,太陽本身吸取凝聚了絕大部分物質,剩下一點邊角余料渣渣塵埃,就組成了若干顆行星和小行星、衛星,地球就是這些渣渣里的一點點。
而宇宙中,太陽只是宇宙中很普通的一顆中小恒星,僅銀河系,就有恒星數千億顆。整個宇宙至少有幾千億乃至數萬億個星系,恒星數也數不清。這些恒星都和太陽一樣,主要由氫和氦組成,每時每刻都在發生著核聚變,就源源不斷地生產著更重地元素,經歷過恒星死亡爆炸次數越多的星云,重新凝聚而成的恒星重元素就越多。當然,多也只是多了那么一點點,但就是這么一點點,造就了更豐富的世界。
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越高,對所謂“自然資源”的依賴就會越來越少,而對恒星能量和元素的依賴則會越來越大,由此,恒星才是高等級文明最重要,甚至唯一的資源來源。
在我過去的許多文章中一再強調,隨著宇宙智慧體,包括人類科技文明的不斷升級,智慧體本身也會不斷升級換代,從純生物體變為生物和智能機器的結合體,最終脫離生物體,升級為機器甚至量子能量體。這時候,智慧文明才能真正具備跨越宇宙甚至時空的能力。而這個時候的智慧文明,對資源的需求就是純元素和能量了,而恒星則是這些資源的唯一寶庫。
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