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[阿什卡咖啡馆] 《地球故事》开篇:啪啪啪

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发表于 2017-12-2 11:15:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第453篇原创文章
首发于2017年12月1日
地球故事
本文从宇宙大爆炸开始,讲述地球的诞生、变迁、生命起源...
地球动画.gif


一、啪啪啪

地球今天的岁月静好,离不开这三声爆响。

寂寞,是清净无维的心魔。

啪。138.2亿年前,不可描述的原因引爆奇点,时间维从此激射,空间维从此激展。妈妈呀,宇宙诞生啦!

要,有,光。

夸克喷涌,极速碰撞,时空暴胀,却依然拥堵。驱离是不可能的,因为,没有“外面”。

况且,夸克们很清楚,谁才是这里真正的主人...嗡!

舞动时空的所有力:引力、电磁力、强核力、弱核力,都来自我们自己。


001-夸克.jpg
△ 图1-1 夸克、四种基本力


初生的狂欢,让宇宙暴胀了1078倍,时空被拉平,密度骤降。宇宙显现出可以说是壮丽的结构。

时间之箭射到第10-6秒,夸克们依然闹作一团。而温度骤降到1013K,速度已然无法阻止夸克们激情相拥了。

在幸福的撞击中,质子、中子、电子的正反两派诞生。它们兴奋地在火球宇宙中拥窜、火并、湮灭、发光,10亿分之一的幸存者,就是宇宙的全部物质。时间已达1秒之久。

第3秒,109K温度的丝丝凉意,让擅长肉搏的强核力渐显神威,相遇的质子、中子结对抱团。

20分钟内,氢、氦的原初核制造完毕,充斥着混沌宇宙。


002-混沌宇宙.jpg
△ 图1-2 就是这么混沌


引力波涛汹涌,暗物质暗能量相搏相杀,熵值不可逆转地增高。这一切,无法阻止爱的萌芽:每一个质子,都需要勾搭一个电子,用生机勃勃的电磁力。

30万年过去,温度3000K+。这是原子的世界。

这个氢云氦雾激荡的世界,由引力接管。

引力,来自质量。它让密处愈密,疏处愈疏。弥漫的云雾被吸积成团、牵引成丝,蛛网状宇宙结构形成。混沌初开。

每一根蛛丝,都是浩瀚的氢、氦云雾,还有一丢丢锂原子。

蛛丝中的雾海,引力仍是主宰。密处就近吸积成团,周围云雾绕转成盘。盘中绕转的云雾,也在层层上演聚团、旋舞的戏码。


003-原星系的形成.jpg
△ 图1-3 星云吸积


在自身引力下,大气团聚成球体,向中心塌缩,成为一颗颗黯淡的气态星体。

凡有的,还要加倍给他叫他多余;没有的,连他所有的也要夺过来。

气团质量越大,引力越强,吞雾吸霾的能力就越强。做核心最嗨,但压力也最大,轻盈的氢气在中心会被压缩成液态金属氢。

压力越大,核运动越快——也就是温度越高。当星体质量超过1.5×1029千克,温度超过1千万K时,氢核的斥力再也扛不住压力,它们猛烈地撞击、聚合在一起,变成氦核,这就是氢核聚变。

核聚变,让一部分质量转化成巨大的能量,点燃了这颗巨大的气体星球,它发出万丈光芒。这就是恒星。

那些没被恒星吞噬的幸存者,也聚成大大小小的气团星体。

10亿年过去,原星系形成。星星们相互撩着,各自演化着。

恒星中心的氢耗尽的那一刻,便再次塌缩。当压力让温度上升到2亿K时,氦开始扭扭捏捏地聚变成碳。恒星进入老年期。

下一步,是碳与氦聚变成氧。所谓光芒万丈,就是抛洒能量。代价是,质量下降。那么,它的凝聚力也在下降。气体不再紧密团结在核心,而是疏离开去。外界看来,那就是虚胖,成为一颗光荣的红巨星。

红巨星的外层气体逃逸到周边,将氦、碳、氧洒向宇宙空间。最后,剩下的致密碳核,便是白矮星。

不过,更大质量的恒星还有后戏。它的核心温度可以达到8亿K。这时,碳可以继续聚变成氖、钠、镁、铝。

质量超过2×1031千克的恒星(太阳的10倍),还可以合成质量更大的元素,直到宇宙中最稳定的元素:铁。便戛然而止。

啪。这样的大新闻,只有质量更大的恒星才搞得出来。

更大的星星造成铁后,还会引力坍缩,铁原子核解体。对内高压,以20%光速向中心急坠,聚成中子星;对外撒钱,抛出电子、中微子、冲击波。温度1千亿K。当冲击波冲出恒星表面那一刻,就是超新星爆发,表面物质抛洒殆尽,只留下中子星这个黯淡的核心。

这个大新闻里,新成员钙、硅、硫、镁、氖、钴、镍等元素相伴而生。

有些白矮星不甘寂寞,它也要上头条。但条件是,身边有伴星可以抢掠。

当白矮星抢夺质量,让自己达到2.8643×1030千克时,便是它的毁灭之日——坍缩再次发生,接着是超新星大爆发,白矮星灰飞烟灭,大量的铁、镍、铬、钴抛洒成一片瑰丽的云霾。

不是说好了铁最稳定,怎么还可以变成其它元素呢?这里有故事。

超新星大爆发,海量的中子急速四逸,有的一头撞进铁原子核。铁原子核于是结结实实地胖起来。

但此时,它仍然是坚定不移的铁。

然而,中子并不是一个稳重的粒子。独处时,只需15分钟,它就会扔出1个电子、1个反中微子(偶尔还会多扔出一个光子),变成1个质子。

幸运的是,和质子在一起时,中子会保持和谐稳定很久。

不幸的是,胖铁过剩的中子是不稳定的,它会很快衰变成质子。而原子的性质,是由质子数来决定的。于是,以坚贞闻名的铁,就这样稀里糊涂地嬗变,成了更重的其他元素,比如锶、钡。镁逢镓节钡锶氢。

原料如此丰富,是不是可以创造新世界了?且慢,你看,大哥的青龙都刺好了,金链还没有着落,怎么可以开工?

炼金,需要更加刺激的剧情。有请中子星登台!

中子星,是中子简并态,呃,也就是中子在强大的压力下,不得不克服泡利不相容原理,紧紧并在一起的高能状态,密度极大,1立方厘米可以重达10亿吨。

当两个中子星撞在一起时,会发生大爆炸,一部分中子被一坨坨抛洒到宇宙空间,摆脱了星体束缚中子们开始嬗变成质子。银、金、铂,还有铅、铋,甚至铀等等重元素就这样飘飞在无垠的宇宙中。

这些元素新贵,混迹于老派元素云雾团,继续上演吸积、旋舞的古老戏码。

时间之矢射了92亿年。也就是到了距今45.7亿年前。宇宙里发生了一件小事,也是我们人类天大的事。

在宇宙超级蛛网中,一根细细的蛛丝里,有个小小角落,叫室女座超星系团。它只有100多个星系群,舞动着约2000个星系。在外围,有一个不起眼的小斑点,叫做银河系。

银河系很普通,直径只有12万光年,恒星只有2000亿颗,它们和弥漫的云雾、细小的行星一起,围绕小小的银核,旋曳成4根弱弱弯弯的臂。

在猎户臂末梢里侧的一个角落,有颗普通的恒星,叫做太阳。

在一片超新星爆发后的古老遗迹中,太阳刚刚诞生。它的直径只有139.2万千米,质量是1.9891×1030千克。

太阳身旁,还有一点点残渣,聚成颗粒细小的星星,绕转在它周围。构成一个小小的系统:太阳系。

从中心向外数,这些行星分别叫做:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

当然还有冥王星等矮行星,以及其他低端的小天体。比如彗星、小行星等等。

这个小小的系统,太阳质量占了99.86%,其余0.14%的残渣,构成了其他所有成员。

木星的质量最大,占了八大行星总质量的71%。

其余,土星最大,占了七大行星总质量的74%。

也就是说,土木两星,占了八大行星总质量的92.5%。

在剩下的7.5%质量中,海王星又独霸51%。

好吧,地球质量在八大行星里排名第5,只占总质量的2.24‰。相当于在一大筐葡萄里抢到1粒。

然而,这粒宇宙微尘,是我们的绝对主角。


004-八大行星对比.jpg
△ 图1-4 八兄弟对比  呃…背景是太阳


当然,这是太阳系后来的样子。

那时,太阳系这个小小的系统,还不太稳定:行星轨道杂乱,并且总是有彗星、小行星、各种碎块乱入乱撞。

初生的地球痛并快乐着,享受着一点点长大的快感。然而——

啪。45.26亿年前,一颗行星撞了过来。

这是太阳系的小事故,地球的大故事。

敬请关注下集《地球故事》:冥古传说。


相关科普:

-END-




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