你不曾想过的奇幻之旅

作者: 二宗主

来源: 新原理研究所

发布日期: 2019-11-16 10:30:00

文章通过讲述钙原子、铁核、光子和水分子的奇幻旅程,揭示了宇宙中微小粒子的不凡经历,以及它们如何影响我们的生活和地球的历史。

我们的生活中充斥着多数人都不曾察觉的奇迹。如果我们能够将周围的事物完全拆解,追踪每一个微小部分的过去、现在、未来,那么你会发现无论是你身体中的原子,还是午餐中的能量,都有着一段奇幻的旅程。今天我们要讲述的,是四位与我们密切相关的“旅行者”的游记。你可能从未注意到,在你的锁骨中居住着一个宇宙旅行者,它的名字叫做“钙原子”。

钙原子是名副其实的长者,它诞生于136亿年前,那时,第一批恒星刚刚点亮宇宙,它就来自于其中的一颗。但正如所有的生命都有凋零的一天,恒星也会迎来它的终结。当钙原子的母星在生命末期爆炸成一颗超新星时,它就像是一个超级英雄,从一场巨大的灾难现场中神奇般地逃离了。它在星际空间中漂浮了数千年,接着加入了一团气体和尘埃云,其密度高到足以坍缩成一颗新的恒星,但这颗恒星也注定会成为超新星。这是一个不断重复的循环。

到了大约50亿年前,钙原子进入了最终形成太阳系的那团云,云在引力的作用下不断地坍缩,逐渐形成了太阳、地球、木星......钙原子历经千险,才踏上了前往蓝色星球上的旅途。在地球的探险过程中,它在地壳、海洋、软体动物的壳中循环,直到出现在了田地里,并进入到了西兰花内。当你吃下餐盘中的西兰花时,它便成了你的一部分。

在钙原子的眼中,你和你的锁骨只是它短暂的栖息之所,总有一天,它会从骨头中流出,流进你的血液,然后随着尿液回到地球,去帮助其他生物的生长。在50亿年后,钙原子将会见证太阳的最终命运。一颗超巨星的核心是一个炽热无比之地,温度高达一亿开尔文。在那里,原子核会不断地碰撞、聚变,并产生另一位旅行者——铁核。

当超巨星最终崩塌爆炸之时,铁核抓住了逃离的机会,它在激波和电磁场的共同作用下被弹来弹去,同时也获得了越来越多的能量,最后冲出火球,自由地飞行。铁核在太空中飞驰,身后是死亡恒星发出的光芒,它正朝着星系的中心前进。令它始料不及的是,在那里等待它的却是另一头巨兽,一个质量是太阳10亿倍的黑洞。被一股气体卷走后,铁核的处境越发危险,它正在接近一个有去无回的边界,那是黑洞的事件视界。

在最后一刻,幸运之神再次降临,它被环绕黑洞的强磁龙卷风捕获,将它弹射到等离子体喷流中,以90%的光速离开星系的中心。喷流中的激波比之前提到的更加极端,铁核会从中获取更多的能量。当它离开喷流时,它的能量大约是8焦耳!这比地球上最强大的对撞机能够产生的要高出几百万倍。

此刻它的速度已经是光速的99.9999999999999999%,铁核离开了这个星系,开始了星系际空间旅行,在旅行的最后一天,它终于抵达了另一个星系——银河系。它朝着一颗黄矮星飞去,并选择了早已不是由恐龙统治的地球作为最终的目的地。地球人把这位天文来客称为超高能宇宙射线。出乎意料的是,地球的上层大气中的稀薄气体是它迄今为止遇到的最强大的屏障。

铁核狠狠地撞上了氮核,它们之间的碰撞不仅毁灭了双方,还创造出了π介子和μ介子等其他的亚原子粒子,这些粒子如瀑布般朝地面落下,其中的一些粒子会撞击客机,有一些有助于触发云中水滴的形成,甚至可能引发闪电,有一些则会找到进入活细胞的方法,并对动物基因作出轻微调整,刺激缓慢的进化过程。但没有人会注意到,这位遥远旅行者的“骨灰”曾差点落入星系中心的黑洞的魔爪。在天津四的外围,一个光子诞生了。

这个光子很幸运,因为它诞生于恒星的光球层之中,光球层是光可以逃逸到太空的薄薄的外层,它注定要迎来一段更长的旅途,或者从量子的角度看,是无穷多段的旅程。在光子产生与毁灭之间的路径并没有被精确的定义,相反,光子的行为就像是它采用了所有可能的路径,只是每条路径具有不同程度的概率。光子的波函数描述了这种概率,但拥有最大概率的路径是天津四和地球之间的那条直线。

当你抬头仰望夜空的那一瞬间,光子的这趟无限路径之旅便结束了,因为它击中了你视网膜上一个对蓝色敏感的细胞,它的最后一个动作是触发了某根神经,使你看到在天鹅座中一个明亮的蓝白色点,接着我们的这位旅行者就消失了。我们推算,这次光子的旅行时间在1500年到3000年之间,这种不确定来源于天津四到地球的距离的不确定,但对光子而言,它的传播时间为零,因为如果你以光速运动,时间和空间就会收缩为零。

我们可以说,旅程的起点便是旅程的终点,从这个角度看,你的眼睛接触到了天津四炽热的表面,这是一个沸腾的等离子体外壳,温度超过8000开尔文。440亿年前的地球还是一颗炼狱般的星球,被彗星和小行星无情地撞击着,但被困在彗星和小行星中的水分子也趁机散布在我们星球的表面。7亿年后,地球上干燥的岩石变成了我们熟悉的大理石。

随着温度的升高,一个水分子随同数十亿个其他的水分子共同卷入了一条巨大的海洋河流中,缓慢地从一个极点流向另一个极点。在数百万年的时间里,水分子环绕大陆,轻推海底、溶解岩石、输送气体,它成千上万次地穿过赤道,发现自己在海面上被太阳温暖着,高高地升到大气中,接着随着雨滴落下来。它从裂缝中渗出,被困于地下蓄水层达几个世纪之久,最终,它像所有的水一样找到了回到海洋的路。

大约1.5亿年前,水分子发现自己在一个湖上,一只雷龙伸长了脖子喝水,水在雷龙的消化系统周围翻滚,并被吸收到血液之中,现在它可以肩负起在地球上的另一项使命,形成生命的基本化学物质。它与其他水分子协同作用,使DNA、蛋白质和细胞膜形成恰当的形状,各自发挥作用。它帮助将氧气输送到恐龙的大脑,并在心脏细胞周围传输电流。在一个星期的时间里,它在这只恐龙的身体内移动,但一旦它抵达肾脏,游戏就结束了。

这种分子随着尿液排出,它通过地面下沉,然后像以前很多次一样通过裂缝和小溪回到海洋。

在随后的几千年里,分子进入了鲸鱼的大脑,南极的冰盖和人类的心脏,后来,它滋养了一颗松树,在松树被砍伐并变成纸浆之前,它在松树心材的纤维素纤维中存在了数十年在纸浆进行化学反应、处理和风干的过程中,这种分子会一直呆在原处,直到它发现自己被锁在一张纸里,墨水在那张纸上印满了文字,纸张被切割、折叠和装订,水分子最终停下了前进步伐。

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