- 趣味地球化學(xué)
- (俄)費(fèi)爾斯曼著 余杰編譯
- 4658字
- 2021-10-29 18:11:04
4.誕生于地球的原子的動(dòng)態(tài)
眼前浮現(xiàn)出一副曾經(jīng)見到過的夜景,那是克里木迷人的夜景。宇宙似乎瞬間入眠了,靜謐的海水讓人感覺不到它的流動(dòng)。南方的眾星眼都不眨一下,便投放出斑斕的光芒。周圍靜悄悄的,整個(gè)宇宙似乎在一剎那間停止了運(yùn)轉(zhuǎn),靜止在南部那美妙的無聲的夜空里。
現(xiàn)實(shí)情形同我記憶中的夜景似乎毫無差別,但令大家意想不到的是,在這個(gè)時(shí)候有好多電磁波在瞬間穿梭了整個(gè)世界,其波的長度不一:有的僅有幾米、有的長達(dá)幾千米,這些波勇猛地躥到臭氧層,轉(zhuǎn)瞬便返回地球。這些波相互疊在一起,僅靠我們的耳朵根本感覺不到宇宙間的震動(dòng)。
而懸掛于高空的繁星,像是被牢牢地鑲嵌于夜空紋絲不動(dòng),實(shí)際上它們也隨著地球在高速地運(yùn)轉(zhuǎn)著,旋轉(zhuǎn)的速度令人暈眩,一秒鐘能走幾百千米甚至是幾千千米。諸多的星體包括太陽,其裹挾著不借助望遠(yuǎn)鏡無法看到的眾多天體,朝著銀河的一面旋轉(zhuǎn);一些星體更是以高得驚人的速度急速運(yùn)動(dòng)著,才聚攏出了龐大的星云;更甚者有些星星飛向了無人知曉的宇宙空間。
由于太陽附近溫度過高那些經(jīng)高溫灼烤的物質(zhì)就轉(zhuǎn)化成蒸汽,而蒸汽以一秒鐘幾千千米的高速往上涌,一會(huì)兒就形成了一股股大氣流,轉(zhuǎn)瞬化作環(huán)繞在太陽身邊的日珥且光芒四射。
距我們遙不可及的星體里面的最深處,亦有熔掉的物質(zhì)在不停舞動(dòng)。該處的溫度在幾千萬度:細(xì)微的粒子分崩離析,原子核也裂開了,電子流騰空而起,電磁波躍過千百萬甚至是幾十億千米的間隔跑到地球,使得地球大氣都紊亂了。

1910年5月28號(hào)日食時(shí)的日珥,兩張圖展示的是10分鐘內(nèi)的變異
宇宙空間變得躁動(dòng)不安了,公元前100年左右,一位大學(xué)者盧克來修講了下面這段話:
大家腳下的地球富有生命,我們腳踩著的地球看似很安靜、靜謐,其實(shí)在它的體表的各個(gè)部位都有生命跡象,僅一立方厘米見方的土壤中生活的小細(xì)菌就多達(dá)千百萬個(gè)。人類發(fā)明的顯微鏡使我們的研究范疇更廣了,獲悉了那些微小細(xì)菌生物生活的別樣環(huán)境,一直處于動(dòng)態(tài)之中的過濾性病毒環(huán)境,吸引眾人爭鳴:這種過濾性病毒從屬于生物界呢,抑或是非生物界鮮有的分子?
身處熱運(yùn)動(dòng)之中的海水中的分子始終是運(yùn)動(dòng)著的,經(jīng)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),海水中富含的分子的振波長而復(fù)雜,并以一分鐘幾千米的速度在移動(dòng)。
空氣同地球間也一直發(fā)生著原子的交換活動(dòng)。氫原子是由地下深處擴(kuò)散至空氣中的,因其運(yùn)行的速度超過了引力,也就是說引力對它而言不起作用,就躥到了星際的間隙。
游動(dòng)的氧原子由空氣中躥至有機(jī)體,植物在分解二氧化碳后,碳就不停地循環(huán),不過在地球深處,存在著由重巖石熔出的灼熱熔巖,其噴涌著想躍至地球的表面。
如果我們眼前有一個(gè)潔凈透明的晶體比如水晶,雖然堅(jiān)硬無比,但是看上去卻靜悄悄的紋絲不動(dòng)。晶體像是由各個(gè)小格子固定著,從而晶體包含的原子被緊緊定格于格子的交叉點(diǎn)。不過這僅是人們的想象:實(shí)際上原子一直在發(fā)生著位移,它們環(huán)繞著自身的平衡點(diǎn)始終在抖動(dòng),彼此間不停地交換著電子,位于它們體內(nèi)的電子有時(shí)如同金屬原子的電子般突然離去,有時(shí)又突然聚攏到一起沿著交錯(cuò)的軌道發(fā)生著位移。
大家周圍所有的一切都是有生命的。克里木的靜止般的夜景不是真實(shí)的景象;人類掌握的科技在一些情況下可讓自然界受人意志的束縛,果真如此的話,人們對身邊的物質(zhì)移動(dòng)的狀況就會(huì)有更為清晰的剖析。當(dāng)今的科技已能測出物質(zhì)以幾百萬分之一秒里的高速在運(yùn)行,借助新X射線便可將精確度提高至幾百萬分之一厘米,如此精確的程度我們一般用的尺子是無法企及的,通過調(diào)整其能將我們平常看到的東西擴(kuò)大20萬~50萬倍,通過它我們才得見著世界上最小的過濾性病毒,更能見識(shí)物質(zhì)的單個(gè)分子。顯而易見,這個(gè)世界將不再是悄無聲息的,而是由各個(gè)運(yùn)動(dòng)互相交織組合而成的,只不過彼此都想求得瞬間的平衡而已。
早先,大概是在古希臘強(qiáng)盛前,名哲學(xué)家赫拉克利特就生活于小亞細(xì)亞的島嶼之上,他有未卜先知的特異功能,他對宇宙間的事知道的頗多,他留下了一句話,在他之后的赫爾岑[1]將其說成是人的歷史上最賦有天分的人的名言。
這句話是:“一切都在流動(dòng)。”他從永恒運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)出發(fā)表達(dá)了他對世界的認(rèn)識(shí),人們就是抱著這種想法迎接著歷史的各個(gè)階段。盧克來修以此為基礎(chǔ)在他的詩里流露出有關(guān)萬物的本質(zhì)及世界歷史等哲學(xué)思想。羅蒙諾索夫以此作為理論基礎(chǔ)建立起了自己的物理學(xué),他認(rèn)為宇宙中的各個(gè)點(diǎn)均存在三種運(yùn)動(dòng)方式:直線向前的、環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的、搖擺的。最新的研究結(jié)果已經(jīng)為此做了見證,由此大家也應(yīng)該換個(gè)視角來欣賞宇宙中的一切了,并可找尋出物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律了。
面對原子的分布規(guī)則,我們以為,正是自然界中的一些速度不等、方向不一且規(guī)模有別的永恒而復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,才讓這些活動(dòng)無休止地進(jìn)行從而讓大自然富有生氣,其也使得各式各樣的原子顯得異常活躍,人們覺得自己似乎得用新的方法論去觀察、認(rèn)識(shí)和理解我們周圍的世界了。
光我們所看到的周圍世界都廣袤而不同凡響,大家都已經(jīng)無法用千米這個(gè)單位去衡量了,因?yàn)檫@個(gè)單位不夠度量。以地球同太陽的距離15000萬千米作為例子來說,盡管一秒鐘光就能繞著太陽跑上七圈半,但是要跑完這個(gè)路程也得8分鐘左右,就算用地球和太陽的距離作為度量長度的單位都是不夠衡量的。于是聰明的科學(xué)家就想出了一個(gè)與眾不同的單位,那就是“光年”,意為光線在一年跑出的路程。將望遠(yuǎn)鏡調(diào)到最大的倍數(shù)就能發(fā)現(xiàn)更多的星體,它們散出的光跑上千百萬年才能落到地球之上……這一切充分說明自然界是沒有界限的!而人類僅能看到有限的周圍世界,則是緣于人們的智慧還有限無法造出更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡……那些在宇宙中聚攏在一起的團(tuán)團(tuán)星際物質(zhì),凝結(jié)到一塊兒人們稱其為“星協(xié)”,它們的數(shù)量在一千億個(gè)左右。一個(gè)星協(xié)包括大約一千億顆星,一個(gè)星星又包含1后面加57個(gè)零數(shù)量的質(zhì)子和中子,即組合出宇宙的眾多小粒子。就這還不包括那些更微小的攜帶電的小粒子呢,它們所帶的電是負(fù)的,那些電子我們沒有計(jì)算在內(nèi)。
在大自然中最多的是氫。大家都很清楚,諸多星云的成分僅包含氫。氫原子不但受到萬有引力的影響,還受原子間特有的推力的影響——原子彼此間存在的這種力尚在探索階段——就是讓它們集合起來的那種力。聚攏出一大團(tuán)一大團(tuán)的原子,團(tuán)內(nèi)原子的數(shù)量得用56位數(shù)字來表示,即它們組合出了一顆星,不過相對于宇宙而言聚攏出一顆星的原子就太渺小了。也許大家會(huì)覺得,宇宙中的大部分是空無一物的,一立方米包含10個(gè)或者是100個(gè)物質(zhì)的微小粒子,也就是原子,因此該處的壓力不及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的十的二十六次方分之一。面對如此浩瀚的宇宙我們不僅會(huì)聯(lián)想到另一個(gè)稠密的空間,那個(gè)空間的密度小緣于星體深處的壓力,那里存在著幾十億大氣壓的壓力,另外還有幾千萬甚至幾億度的高溫:此處也為自然界的實(shí)驗(yàn)室,從氫原子產(chǎn)生出了更多新且更重的原子,首當(dāng)其沖的要數(shù)氫原子了。
其中的一些星星發(fā)出很亮的白光,如較為有名的天狼星伴星,組成該星的物質(zhì)結(jié)合的異常緊密,其重量為相等體積的金與鉑的1000倍。我們想象不出這種物質(zhì)到底是什么,它的特點(diǎn)又有哪些。
一是無垠的星際空間里單個(gè)原子在翱翔,在此處自然界的靜止和急速運(yùn)轉(zhuǎn)不可辯駁的同時(shí)進(jìn)行著,溫度也是我們無法想象的零度。
二是星體的中央,千百萬度的高溫同時(shí)還有千百萬大氣壓的壓力相聚于此,在這里電子的排斥力對于原子不起作用,聚攏起來成了一大塊很緊密的物質(zhì),這是我們在地球上無法見到的物質(zhì)。在這樣的情形下就演變出了化學(xué)元素,星體越大,其深處的溫度就越高同時(shí)壓力也越大,從而形成的元素也就重起來了,而且越發(fā)得牢固。
出現(xiàn)的化學(xué)元素便是同宇宙混沌形態(tài)相抗?fàn)幍氖滓h(huán)節(jié),在高溫和高壓下,處于游離態(tài)的質(zhì)子和電子能生產(chǎn)出重一些的原子核。
照此下去,不同的位置慢慢就會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu),從而出現(xiàn)人類稱作化學(xué)元素的東西。有些元素儲(chǔ)藏的能量多些,因此就重一些;而一些僅包含幾個(gè)質(zhì)子和中子的,就要輕得多。那些重量輕的元素常常在星體的身邊或它們的大氣層流動(dòng),或者是聚攏出龐大的星云。那些較為穩(wěn)定的元素,則停靠在熱浪席卷的或熔掉的星體表面。
一些結(jié)構(gòu)在遇到強(qiáng)有力的輻射后會(huì)損壞一些星體的構(gòu)造,促使其他結(jié)構(gòu)出現(xiàn):出現(xiàn)的這種巨大力量會(huì)有損原子核的穩(wěn)定,造成一些元素的分崩離析,新的元素又誕生了,該過程一直延續(xù)到新原子不再受這種力量的控制才結(jié)束。形態(tài)各異的原子在宇宙空間的運(yùn)動(dòng)過程就從此時(shí)算起了。其中的一些原子,比如鈣與鈉的原子,遍布行星際的間隙,其可自由翱翔于整個(gè)宇宙。那些重量大的原子,性格穩(wěn)重,一起在星云的某個(gè)角落聚攏。遇到降溫的情形,各個(gè)原子的電場就連接起來了,這么一來,結(jié)構(gòu)簡單的化合物分子就形成了,像碳化物和碳?xì)浠衔镆约耙胰驳奈⑿☆w粒,另外還有地球上見不到的一些物體,它們都是原子組合成的新生物,它們是研究天體的物理學(xué)家在觀察遙不可及的星體中炙烤著的表面之際觀測到的。這種處于游離態(tài)的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜的分子,慢慢組合成整齊劃一的體系。在溫度不高的情況下,脫離有損自己的環(huán)境,無須觸及星體的縱深處,就可形成宇宙組合的第二環(huán)境,結(jié)晶體就誕生了。晶體作為別樣的建筑物,它里面的原子都按一定的規(guī)律排列著,如同方形的塊狀物放在盒子里那樣。晶體的出現(xiàn)是物質(zhì)脫離混沌狀態(tài)的第二個(gè)步驟,每立方厘米晶體的產(chǎn)生,就得讓1之后添22個(gè)零的原子聚攏到一起。結(jié)晶物質(zhì)常常表現(xiàn)出不一樣的個(gè)性,這就是晶體的特性。晶體來源于原子,不過對于晶體而言,原子里的那些規(guī)則卻都絲毫不起作用了,不受人類還沒弄清楚的原子核能規(guī)律的約束,而是受新生成的物質(zhì)的規(guī)則制約——化學(xué)規(guī)律約束。
我不打算繼續(xù)寫這方面的內(nèi)容了。我要特別指出的是,我們對宇宙的認(rèn)識(shí)還是很有限的,自然界變化多端,它的靜止只是相對而言的,實(shí)際上在其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)無所不在;世上的物質(zhì)都是在運(yùn)動(dòng)中形成的,新的物質(zhì)的形態(tài)跟我們在地球表面見到的毫無二異,如同大家在大自然中的硬石塊中發(fā)現(xiàn)的一模一樣。筆者前面介紹的內(nèi)容,好多已由當(dāng)前的科研成果驗(yàn)證了,不過有關(guān)從混沌狀態(tài)先誕生原子后又出現(xiàn)晶體,還存在好多人們解不開的謎團(tuán)。
但是我上面同大家討論的問題,是出生于羅馬的盧克修萊在2000年前就講得很明白的了,太不可思議了吧?我們給大家摘錄他的其他幾行詩:
由此可見大自然中的萬物不是完全不動(dòng)的:所有的東西都在運(yùn)動(dòng),只是運(yùn)動(dòng)的速度有差異而已。在人們的印象里石頭是不動(dòng)的,殊不知,它時(shí)刻都在動(dòng),這有什么可奇怪的呢,構(gòu)造它的原子每分每秒不都在動(dòng)嗎?我們以為石頭是靜止的,因?yàn)槿藗儫o法發(fā)現(xiàn)這種變動(dòng),還由于這種運(yùn)動(dòng)結(jié)果經(jīng)過一個(gè)很長的時(shí)間才能為人們認(rèn)識(shí),而人類自身的運(yùn)動(dòng)速度則要超出石頭很多倍。
最初人們認(rèn)為原子不可分、穩(wěn)固,連續(xù)不斷跟它不相干,殊不知這個(gè)想法是不正確的,原子也在跟隨時(shí)間變化。一些人們被稱作放射性的原子,其運(yùn)動(dòng)速度一般較快,除此之外的原子的運(yùn)行速度都很慢……再則說了,人類了解的一些原子也不斷在變,其誕生于炙燙的星體中,然后成長直至消亡……
而且人類運(yùn)用自己的智慧一直呈現(xiàn)著它們的持續(xù)變化與發(fā)展歷程:由最初的不熟悉、模糊、混亂,不過隨著人類知識(shí)的增長就弄清了自然界物質(zhì)的各種互相聯(lián)系的類型了,明白運(yùn)動(dòng)是遵循一定規(guī)則的,從而認(rèn)識(shí)到宇宙是嚴(yán)密的、統(tǒng)一的……而后來的科學(xué)研究也證明了這些。