一纸元素表,万言宇宙史
科学历史上,由化学家发现整理的“化学元素周期表”,在表述元素化学特征之余,却也实打实的描绘出了一个元素的诞生史,一个浓缩的宇宙史。
科学的进程由浅入深,由表及里,也是近几十年才确立了“原子核结构”的模型,在这之前根本探测不到这么深的地步,也就只能从“化合键”的角度来分类研究这些个元素。
首当其冲的是就“氢”,1号H1,同位素有H2和H3,宇宙中最多最丰富的元素,氢离子其实就是“质子”本尊。上图也列出了H的核聚变过程:
先从H1聚变成H2,再有H2聚变成2号元素He3,最后再与一个H1结合,成He4了。
H1+H1+H1+H1=He4
2号元素氦的同位素He3是个中间产物,没反应完的,等反应完了就是清一色的2号He4了。氦He4是宇宙中第二大存量的元素。
继续往上走,就到了2号He4的核聚变反应了,如图。
He4+He4+He4=B8+He4=C12
有中间产物,4号元素铍B8,但是因为B8的核子能量层低,在这个2亿度的温度下稳不住,很快就被继续反应了。而随着6号碳元素C12的出现,氦原子聚变算是到了一个阶段,可以稳定一段时间了。当然随着C12的丰富,以及核心的进一步收缩,氦核聚变也就达到了它的极限--8号氧元素O16。
He4+He4+He4+He4=C12+He4=O16
至此,氦元素的能力也就到顶了,2亿度的温度下,也就能产生这么多东西了。来看看此时此刻恒星核心里都有些啥:
1号氢H1,2号氦He4,6号碳C12,以及8号氧O16。是主产物,存量非常之多。
副产物有3号锂,4号铍,5号硼以及7号氮。是燃烧不充分的中间产物,存量不会很大。
来看看这些主产物元素的化学水平:
惰性气体氦,基本都以分子He2形式存在。最强氧化剂氧气O2,太活波了会与氢结合成水H2O,与碳结合成为二氧化碳CO2。如此则关键的部分就来了:
H2O+CO2=H2CO3
这个公式很简单,却是宇宙的硬通货,放之四海八荒而皆准,这也是宇宙中哪个星球都必须有的元素,没有之一,也是哪个星球都必须有的化合反应,没有之一。以后真要和外星文明取得了联系不知道从哪儿说起,那就把这个公式图形化了发过去,他们一定能看懂,比放什么脉冲星都管用的。
接下来的反应,就有些难度了。2亿度的温度聚变氦原子就能实现,而要想达到10亿度高温引燃碳原子的核聚变,那就得靠“引力坍缩”来加热了,而若一个恒星没有足够大的质量的话,怕是“臣妾做不到啊”
引力坍缩是一个自然现象,指星球引力拉紧星球结构,缩小了体积而增大内部温度。若一个恒星质量足够大,能把内核拉紧升温到了10亿度,则碳12元素就可以继续燃烧核聚变了,生成钠镁铝元素。
对生命星球而言,钠镁铝不能多,尤其钠和镁。钠盐咸,镁盐苦,地球的海水又咸又苦全都是它俩的原因,若一个星球这两个元素太多了,那就会像“死海”一样,杀灭所有的海洋生物,让海洋彻底成为了“咸菜缸”,一个蓝色的死亡沙漠。
比如地球和金星质量类似,体积相当,都成形于类似的碎石带,星球结构也大体一样。地球一片生机盎然,而金星却烈焰滔天。
最大的原因就是金星的水量太小,卤盐又太多,那点儿又苦又咸的水,连自身冷却都难,更别提制造什么高级生命了。地球幸运的得到了“月球”的撞击,月球曾是一个质量轻的外来星体,它带有超大量的水冰,给地球带来了浩瀚的海洋,稀释了卤盐矿的浓度,给地球创造了一个得天独厚的生命文明环境。
同样引力坍缩,氧元素核聚变,硅元素核聚变,最终核聚变的终点:铁钴镍。他们是核反应的灰烬残渣,变到了他们链式反应就彻底终止了,就像木炭烧完了剩下的灰烬一样,铁就是宇宙的灰烬。
但是,铁元素很关键,对于行星而言这个必须要有,而且要很大量才行。因为要形成磁场,在核爆之中保护星球,这是能形成生命星球的核心元素!
至此,周期表顺着也讲就讲完了,至于铁以后的元素,基本都是“不充分”核聚变的产物,就像不充分燃烧一样,但凡条件具备了,它们会继续燃烧,直至成为铁元素的。
倒过来,梳理一下,质量的本质是个啥呢?先总结概括量子学的观点,给一个答案:质量是“能量”的一个载体,是特定条件下“凝聚的能量”。电磁波就是光子在传递能量,而光子可以连质量都没有。引力也是类似的情况,叫引力子,只是“引力波”还在研究之中。
千年文明史,从“金木水火土”到“万有引力”公式,人类一直在追求这世界的本质,直到“能量守恒”的发现,才算是取得了一个阶段性的研究成就:从研究“质量”转变到了开始研究“能量”了!后来,相对论指出,“质量不是一成不变的,高速运动就可以增加质量。”人们还在惊叹之中,量子论更直接的指出:“质量就是凝聚态的能量”,量子学认为宇宙是一个封闭的“能量场”,在这里面的能量在特定条件下,凝聚在一起的,就是原子分子行星太阳等等明物质,没有凝聚的就是引力电磁波等等自由的波动态到处跑,宇宙中还有更多的暗物质暗能量等等,还给出一个表,说看这就是宇宙的本质:
卧底个龟龟,能看懂的谁来给详细说说吧,我只知道那个“发现希格斯玻色子”的人得了诺奖,其他的诸如胶子和光子竟然可以没有质量!中子炸裂变成质子和电子等等,“认知局限性”至此也到天花板了,往下就没懂了…
再放一个图,说是宇宙四种作用力示意,喜欢的看看吧。总之,能量才是宇宙的硬通货,宇宙本质就是个能量,所有元素都是特定条件下能量的“凝聚结晶”。记住这句话,也算不枉“量子论”的一番苦心了!
说一句题外话,地球岩浆的主要成分是SiO2,70%以上都是。其他的则为Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O以及水蒸气等金属氧化物。如今探知地心最高温度在6000摄氏度这个水平,地核也就以铁基氧化物为主,其他金属氧化物次第分层延伸开来。地核已经封印了大量Na和Mg离子在地心深处,否则现在的海洋会变得比死海还要咸苦,海洋就会成为生命的禁区,一望无际的蓝色的沙漠!
梳理了一下宇宙史,最后不得不说一说世界观。目前,人类文明进程目前还处于初级阶段,社会种群还只知道用什么贝壳(20号钙Ca40),白银(47号Ag108),黄金(79号Au197)什么的作为普世等价物,乐此不疲悠然自得。殊不知这些物质在宇宙中根本就不值一提。地球上最珍贵的“物质”,是类似92号铀U238,94号钚Pu244等这些有放射性又容易被控制的超重核元素,它们本身是超新星爆炸时没有被炸掉烧掉才得以遗留下来的,是很稀有也很有价值的礼物。它们是千百年前“原始人类”远征地球的那个“火把”,它们也将是千百年后人类远征它星最重要的“燃料”!
一方面为了寻找外星生命,若只靠什么盖金字塔,或者往太空发射“无线电波”等等手段,那不亚于“拿个对讲机,呼叫美国人”一样顽皮任性。站在中国土地上,呼叫美国人收到请回答!?那还真不是他不回答,而是他真心就收不到啊!要想在茫茫宇宙中,或者在银河系中“找人”,没个像样的“闪耀”的工具,怕是不行的。
另一方面不管那个人间蒸发了一样的“世界最大强子对撞机”最后研究出来了啥,要想走出实验室用于实践了,那必然会用到核裂变核聚变的原料,也就是说现在的核武器未来必然是实验室里的一个工具,用于更深层次的研究实践。
就能量层级来说,在太空连续引爆几个核弹,来产生“涟漪”摩斯码向宇宙广播信号,这样做才能算是最起码的“认真”不是儿戏!当然对于那些外星文明而言,人家才不会关心地球人类这些个“碳氧化合物”呢,他们不辞劳苦远行万里星际,同样是为了开采最珍贵的矿藏--核燃料!一如现在的人类,不远万里去开采石油一样吧。