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征文大赛|“无”中生“有”:小破球发展闲话史

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经过层层筛选,石头科普工作室秋季征文大赛终于进入了大众评审环节!

在这个环节中,我们将每天发布一篇最终入选的合规稿件,交由各位观众来进行线上赏评打分!投票打分环节将出现在文章末尾,请选择最符合你心中评判的选项吧~

大众评审分数将占最终分数的50%!请各位积极投出自己宝贵的一票哦~

另:为保证本次大赛的公平,所有入选稿件将不做任何修改,并使用统一模板进行美编。

今天的稿件是由田馨予同学为大家带来的《“无”中生“有”:小破球发展闲话史》,请各位看完后不要忘记投票哦~

这是一场漫长的演变史,而笔者之所以能够在这里给大家讲述这段历史,自然是因为我们身处的宇宙。

而讲述,一般是从起源讲起的。

我们目前一般认为,宇宙起源于约距我们137亿年的宇宙大爆炸。彼时宇宙还是一个致密而炽热的点,这个点有多大呢?比你写英语作文点的句号都小。

无限小哦,比这个都要小【图源:我自己】

我们称其为“奇点”。奇点上存在着四种力:引力、强相互作用力(强力)、弱相互作用力(弱力)以及电磁相互作用力。这四种力在奇点上相互平衡。

当然,如果一切都一直如此平静的话就不会有奇点爆炸,更不会有我们了。由于某种原因,奇点炸开了,这就是所谓宇宙的起源——大爆炸。大爆炸初期,物质的密度与温度都极高,由夸克和胶子组成。夸克与胶子由于强相互作用力的存在而组成了一团物质,而这团物质也被称为“夸克胶子等离子体”。


宇宙大爆炸图像【图源:NASA】

随着时间的推移,宇宙不断膨胀,夸克胶子等离子体也不断膨胀,冷却。夸克们瑟瑟发抖,开始抱团取暖,大约几分之一秒后形成了质子,中子及电子。宇宙不断冷却,质子,中子激情相拥,于是形成了最早的原子,最早的元素,氢和氦也在这个过程中形成。其中氢约占75%,氦约占25%。


宇宙形成初期氢,氦比例【图源:我自己】

随着宇宙中氢,氦质量不断增加,气体在引力的作用下聚合成团,这就是最早的宏观上的天体。天体不断吸引周围的氢,氦进入自己的怀抱,其质量也在这个过程中不断增加。当达到一个临界值时,核聚变就在天体中央产生,恒星也在这个过程中诞生了。我们常说的星云就是由氢,氦以及其他物质组成的,密度非常低,体积很大,星云内物质在引力的作用下聚合成团,最终就形成了恒星。


给大家欣赏欣赏美丽的星云:NGC 3603 银河系中距离太阳最近的星云【图源:NASA, ESA and the Hubble Heritage】

此后恒星通过核聚变不断形成新的更重的元素。核聚变形成元素这套老戏码可以用到直至“生育”出铁这个元素中最稳定的小胖子。

由于铁实在太稳定了,所以聚变出铁元素后恒星就很难通过聚变来产生更重的元素了。于是为了“生育”出更重的后代,铁原子核拆开,对内不断急坠,对外持续抛出电子,中微子以及冲击波。当冲击波从恒星表面露出脑袋来时,超新星爆发也随之产生,恒星表面物质几乎挥霍殆尽,空余个黯淡的中子星核心。这个过程中产生了比铁重的直到铀元素。

这些元素不断在混沌的宇宙中上演着旋转跳跃聚合聚变的老戏码,日复一日,年复一年——哦对不起,那个时候没有“日”“月”“年”的概念,因为我们的主角——小破球还没登场呢。

无聊的日子持续了约92亿年。然后,宇宙的某个角落发生了一件微不足道的小事,但这对我们人类却是一件大事。阿姆斯特朗那句话怎么说的,对,“这是我个人的一小步,却是人类的一大步”。

因为——银河系诞生了。

银河系由银核,四条主旋臂以及其他小旋臂组成,所以如果有人俯视银河系,就会发现银河系大概像一只八爪鱼。


大概就是这样【图源:NASA】

在四条主旋臂中有一条旋臂叫猎户臂,猎户臂内侧有一个由太阳为主体的星系,这就是太阳系。我们地球就是太阳系八大行星中的一员,是这浩渺宇宙背景下的一粒尘埃。然而正是这粒尘埃经几十亿年才演化出有机物,成为我们人类的家园。

当然这都是后话。彼时的地球还是个毛头小子,在痛苦中成长着。然而我们都知道,那时的宇宙还处于比混沌初开好那么一点的时期,天体们日常活动之一就是四处转悠。这不,约42.6亿年前,一个高速遛弯的毛躁家伙闯入地球生活,然后嘭——与地球撞了个满怀。

这次“事故”就是我们现在普遍认为的月球起源。

约42.6亿年前,一颗与现在火星差不多大的天体与地球相撞。。这位“来者”给了地球一个铁核,使地球成为了一颗铁镍含量奇高的富足星球。而两星相撞产生的残渣在引力的作用下随着时间的推移逐渐成长为现在地球的忠心卫星——月球。

作为距地球很近的天体,月球自古以来就是人们歌咏的对象。诗圣杜甫写过“露从今夜白,月是故乡明”;诗仙李白有诗云“举杯邀明月,对影成三人”,甚至有传说李白醉酒乘船,见湖中明月皎洁故伸手捞之而亡。在这颗古往今来被人称颂的浪漫星球上也有不少有意思的事情,我们见得比较多的就是月食,日食。很多人可能发现了,月球总是正面正对着我们。难道这是某种巧合?当然不是。我们地球上之所以有潮涨潮落,就是因为地月系统的引力。由于潮汐锁定,月球无法拥有自己的自转周期,简单来说就是两星相绕,速度减慢,质量小的一方被锁定。这就像爸爸抱着小女儿转圈,而小女儿的脸总是正对着爸爸一样。地月系统中月球质量较小,在与地球潮汐力的比拼中当然是吃亏,久而久之,就有了今天的情况。


地月系统【图源:NASA】

虽然地月潮汐锁定,但是角动量依然要守恒,所以月球逃离地球的速度会越来越慢,最后再次投入地球的怀抱。不过这个过程大约需要170亿亿亿年,真的想再活500年的我们不用担心。

其实在宇宙中,类似于地月系统这种情况有很多。比如火星和火卫一。火卫一与火星表面的平均距离仅为6000公里,且仍在不断降低。这个距离实际上已经非常危险,学术界普遍认为火卫一早晚会由于轨道过低,最后被洛希极限扯碎。


看看火卫一给火星带来的日食吧【图源:NASA】

因为有了月球,地球的暴躁脾气好了很多:四季有规律,温度很适宜,气候很温和。在潮起潮落中感受地月系统的魅力,想到42.6亿年前那场打碎双方和泥重塑的“事故”,哦,这就是真正的不分彼此吧?

从元素到有机体,从单细胞到多细胞,我们的地球实在是经历了很长时间才是现在这般样子。

或许可以这样说:

我们都是星星的孩子。

我们最后也要回到星星的怀抱。

其实笔者最想告诉大家的是:

你求知探索的心和渴望真理的双眼,是比超新星爆发还要耀眼的存在。

我们见证着“小破球”的发展史,我们要带着赤子之心,跟着“小破球”一起走下去。


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