一部關(guān)于宇宙歷史的通俗作品《極簡宇宙史》，近日由上海三聯(lián)書店出版社出版。

這本書的作者、法國人克里斯托弗·加爾法德，是劍橋大學(xué)理論物理學(xué)博士。進(jìn)入劍橋9個月后，大名鼎鼎的史蒂芬·霍金就邀請他做博士研究生，從事有關(guān)黑洞信息悖論、宇宙起源的研究。他還和霍金及其女兒露西·霍金合作出版了一部兒童文學(xué)作品——《喬治的宇宙秘密鑰匙》，講述了一個普通少年喬治如何開始對科學(xué)感興趣，并成長為科學(xué)家的故事。

霍金的《時間簡史》已是全球科學(xué)著作的典范，克里斯托弗·加爾法德繼承了導(dǎo)師的這一傳統(tǒng)，用簡單、感性的文字講述宇宙起源、發(fā)展等深奧問題?！稑O簡宇宙史》囊括了迄今為止所有的宇宙學(xué)知識，如果你是文科生，《時間簡史》也看得懵懵懂懂，那么這本就是專為文科生特供的。有人把這部《極簡宇宙史》形容為“一本寫給星空的情書”，書里沒有圖標(biāo)，除了愛因斯坦那個著名的質(zhì)能方程E=MC2外，沒有其他方程式。全書的開篇是這樣的：“夏夜，你躺在沙灘上，仰望夜空。一顆小小的流星安靜滑過，還來不及許愿，不可思議的事情發(fā)生了：你一下子穿越五十億年，走進(jìn)時光的旅行……”《新發(fā)現(xiàn)》雜志評價：“可以說這是一部關(guān)于宇宙的公路電影，即在茫茫宇宙中的遨游，在宇宙理論世界中的漫步。這同樣是一場關(guān)于如今解釋宇宙兩大理論——愛因斯坦的相對論和量子力學(xué)——的旅行，讓我們用想象重新構(gòu)造宇宙?！?/p>

以下是《極簡宇宙史》中有關(guān)“太陽”的一章，澎湃新聞獲得授權(quán)轉(zhuǎn)載。

如果人類能夠以某種方式收獲太陽在一秒鐘內(nèi)輻射出的所有能量，它就足以滿足我們?nèi)澜缥鍍|年的能量需求。

你已離我們的恒星越來越近，意識到現(xiàn)在的太陽比你在五十億年后看到的小很多，那時的太陽已瀕臨死亡。然而，即便如此，現(xiàn)在的它依然很大。直觀地說，如果把太陽縮小到一只大西瓜那么大，我們的小小地球?qū)幱谒氖字猓夷阈枰糯箸R才能看到它。

你已經(jīng)飛到了離太陽表面幾千英里的高處。在你身后，地球已成為一個小小的亮點，隱藏于一片星光背景之中。在你前面，太陽占據(jù)了一半天空。到處都是等離子體氣泡的噴發(fā)。幾十億噸紅熱的物質(zhì)就在你的眼前爆發(fā)，看上去就像被太陽磁場打開的隨機(jī)圓環(huán)，穿過你幽靈般的身體。即使以最苛刻的標(biāo)準(zhǔn)來看，這也是一種無與倫比的景象，看著這種巨大的能量，你不解是什么讓太陽這么獨特，與地球完全不同。恒星怎么會成為恒星的呢？這些能量從何而來？而這樣一個龐然大物又怎么會有死去的一天？

為了回答這些問題，你飛向最險惡的地方：日核，太陽的心臟，太陽表面之下約五十萬公里的深處。對比一下，地核大約只有六千五百公里深。

你頭朝下躍入這個明亮的火爐，還記得我們所呼吸、看見、觸摸或檢測到的，甚至構(gòu)成你自己真正身體的所有物質(zhì)，都由原子構(gòu)成。原子是建造一切物質(zhì)的基本構(gòu)件。你可以把它們看成是你所在環(huán)境的樂高積木。與樂高積木不同的是，原子的形狀不是長方體。它們主要呈球形，具有一個緊密的球狀原子核和一些微小的電子在遠(yuǎn)處高速旋轉(zhuǎn)。與樂高相同的是我們可以依據(jù)原子的大小將它們分類。它們中最小的一個被稱為氫原子。第二小的被稱為氦原子。這兩種原子加在一起構(gòu)成了已知宇宙的百分之九十八的物質(zhì)。的確很多。但與以前比，這個比例現(xiàn)在已經(jīng)變小了，大概一百三十八億年前，這兩種原子幾乎構(gòu)成了宇宙中所有的已知物質(zhì)。今天我們可以看到的除了氫與氦之外的原子還包括氮原子、碳原子、氧原子或銀原子等。它們顯然是后來才出現(xiàn)的。這個過程是什么樣的呢？你要去尋求答案。

隨著你在太陽中越潛越深，溫度變得越來越高，熱得難以想象。當(dāng)你來到日核時，溫度大概是一千六百萬攝氏度，甚至更高。到處都有足夠多的氫原子，雖然它們都已被周圍的高能量剝光：它們的電子已經(jīng)被松開，只留下孤獨的原子核。這兒的壓力非常高，原子核們被整個恒星加于自己核心的重量壓迫著幾乎無法動彈。這還不夠，它們還被迫彼此融合，變成一個更大的原子核。這一切就活生生地在你眼前發(fā)生：熱核聚變，一個用較小的原子核產(chǎn)生較大的原子核的過程。

原子核們一旦生成，在離開誕生它們的火爐時，這些較重的原子核與那些被剝離氫原子核而獨自作著自由運動的電子們結(jié)合到一起，成為新的更重的原子：氮原子、碳原子、氧原子、銀原子……

熱核聚變反應(yīng)（以小原子創(chuàng)造大原子）能夠發(fā)生的一個必要條件是巨大的能量，太陽壓倒一切的自身引力就是這種巨大能量的來源。這個引力將一切物質(zhì)拉向太陽的核心，以巨大的壓力擠壓它們。熱核聚變反應(yīng)無法在地球表面（或內(nèi)部）自然發(fā)生。我們的行星體積太小，而且不夠致密，因此自身引力不足以讓其內(nèi)核達(dá)到足以觸發(fā)熱核聚變反應(yīng)的溫度和壓力。在定義上，這就是行星與恒星的主要差別。兩者都是大致呈球形的天體，行星的體積和質(zhì)量基本上都比較小，有著巖石內(nèi)核，有時候外面包裹大氣。而恒星可被視為巨大的熱核聚變反應(yīng)工廠。它們的引力能量大到可以憑借自然的力量在其內(nèi)核將物質(zhì)壓縮以產(chǎn)生新的物質(zhì)。地球上所有的重原子，生命所必需的所有重原子，包括構(gòu)成你身體的所有重原子，都是在某顆恒星內(nèi)部被創(chuàng)造出來的。當(dāng)你呼吸時，你吸入它們，當(dāng)你觸摸自己的皮膚或者別人的皮膚，所觸到的都是星塵。你早先疑惑為什么像太陽那樣的恒星在壽命將終時會死亡和爆炸，答案就在這里：如果沒有這種結(jié)束，構(gòu)成我們的物質(zhì)將無法被釋放。地球也無法誕生，生命無法形成，世界中將只有氫原子與氦原子存在，被鎖定在永不死亡的恒星內(nèi)部。

從另一個角度看，因為構(gòu)成我們的并不只是氫原子和氦原子，我們的身體、地球和周圍的一切都含有碳原子、氧原子和其他原子，所以我們能夠以此推斷太陽是一顆第二代甚至第三代恒星。第一或第二代恒星已經(jīng)爆炸過，它們的星塵才變成太陽、地球和我們。那么，是什么原因造成了它們的死亡？為什么那些恒星會以這種慘烈爆炸的方式結(jié)束自己閃亮的一生？

核聚變反應(yīng)有一個神奇的特點，不管反應(yīng)開始時需要多少能量——整個恒星的重量！——反應(yīng)一旦開始，就會釋放出更多能量。

這背后的原因看起來讓人難以相信，實際上它就發(fā)生在你眼前，除了相信，你別無選擇：當(dāng)兩顆原子核融合在一起變成一個更大的原子核時，它們的一部分質(zhì)量消失了。聚合而成的新核比創(chuàng)造它的兩顆舊核的總質(zhì)量來得輕。這就像你將一公斤香草冰淇淋與另一公斤同樣的冰淇淋混合在一起后，你得到的不是兩公斤冰淇淋，而是少了一些。

在日常生活中，這種現(xiàn)象不會發(fā)生。然而，在原子核的世界，這是尋常事兒。對于我們來說幸運的是，這些質(zhì)量并沒有憑空消失，而是轉(zhuǎn)化為能量，愛因斯坦著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換方程E=MC2給出了這種轉(zhuǎn)化的兌換率。

在我們的日常生活中，我們對兌換率的概念更多被用于不同貨幣之間，而非質(zhì)量與能量。所以，要理解E=MC2這個自然界的兌換率是否公平，就要把它想象成在紐約肯尼迪機(jī)場將英鎊（最初的質(zhì)量）換成美元（用質(zhì)量換來的能量）。兌換率就是C2，C代表光速，C2代表將光速乘以它自己。一英鎊可以換到九億億美元。我覺得這是一個很好的生意。事實上，這大概是自然界里最好的兌換率了。

顯然，在每次核聚變反應(yīng)中兩個原子核融合后失去的質(zhì)量非常小。但在太陽內(nèi)部，許許多多原子同時發(fā)生融合，這樣釋放出來的能量就相當(dāng)巨大。這些能量必須找到一個出口，因此它們往外擴(kuò)張，以各種可能的方式離開日核。最后，這種核聚變產(chǎn)生向外擴(kuò)張的能量與引力帶來的向內(nèi)壓縮的力量平衡，令我們的恒星擁有一個穩(wěn)定的大小。如果沒有這種能量釋放，只有引力作用，太陽就會塌縮變得很小。

核聚變釋放出巨量的光和粒子，這些光與粒子又將它們周圍的一切都剝離成原子核與電子。這種原子核與電子分離的物質(zhì)狀態(tài)被稱為“等離子體”。

這種光、熱與能量的大規(guī)模釋放就是恒星之所以發(fā)光的原因。

作為恒星的太陽并不是一個巨大的燃燒火球——火焰燃燒需要氧氣，雖然太陽會創(chuàng)造出一些氧原子以及其他重原子，但外層空間里沒有足夠的游離氧氣來支撐哪怕最小的火。在太空里，你永遠(yuǎn)擦不著一根火柴。與天空中所有的恒星一樣，太陽是一大團(tuán)閃閃發(fā)光的等離子體，一個由電子、失去了部分電子的原子（它們被稱為離子）、失去所有電子的原子（僅剩下原子核）所組成的熾熱混合物。

只要太陽核心處還有足夠多的微小原子核可以壓縮融合，太陽的引力與聚變反應(yīng)能量之間就能維持平衡，我們就能足夠幸運地生活在一個處于這樣狀態(tài)的恒星邊上。

事實上，這和運氣也沒什么關(guān)系。

如果我們的太陽不處在這樣的狀態(tài)，我們也將不復(fù)存在。

現(xiàn)在你已知道，太陽不會永遠(yuǎn)處于這種狀態(tài)：我們恒星的內(nèi)核有一天會用光它的聚變?nèi)剂?。?dāng)那天到來時，內(nèi)核不再有足夠的向外輻射來對抗引力。引力將打破平衡并引發(fā)我們恒星的最終一系列反應(yīng)：太陽將塌縮而變得更緊密，直到核聚變再次被點燃，但這次核聚變發(fā)生的場所將不再是內(nèi)核，而是發(fā)生在離表面更近的地方。這時再次開始的核聚變將無法與引力平衡，而是超過引力，太陽表面將被推開，令恒星體積變大。你已經(jīng)在通向未來的旅程中見過這一幕。能量的最后釋放預(yù)告著你已見過的恒星死亡的開始，太陽將自己一生所創(chuàng)造的各種原子噴向太空，同時，還創(chuàng)造出更多、更重的原子，如金原子。最后，這些原子與周圍其他死去的恒星殘骸混合在一起，變成星塵，形成巨大的星云，或許，在很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的未來，又成為新世界產(chǎn)生的種子。

科學(xué)家們通過估算太陽內(nèi)核中氫原子的含量來推測這次爆炸將會發(fā)生的時間，計算結(jié)果是：太陽的爆炸將發(fā)生在五十億年后的某個星期四，前后誤差各三天。（文/林夏）

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