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  • 趣味地球化學
  • (俄)費爾斯曼著 余杰編譯
  • 4658字
  • 2021-10-29 18:11:04

4.誕生于地球的原子的動態

眼前浮現出一副曾經見到過的夜景,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。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,整個宇宙似乎在一剎那間停止了運轉,靜止在南部那美妙的無聲的夜空里。

現實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,在這個時候有好多電磁波在瞬間穿梭了整個世界,其波的長度不一:有的僅有幾米、有的長達幾千米,這些波勇猛地躥到臭氧層,轉瞬便返回地球。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。

而懸掛于高空的繁星,像是被牢牢地鑲嵌于夜空紋絲不動,實際上它們也隨著地球在高速地運轉著,旋轉的速度令人暈眩,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鏡無法看到的眾多天體,朝著銀河的一面旋轉;一些星體更是以高得驚人的速度急速運動著,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高溫灼烤的物質就轉化成蒸汽,而蒸汽以一秒鐘幾千千米的高速往上涌,一會兒就形成了一股股大氣流,轉瞬化作環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,亦有熔掉的物質在不停舞動。該處的溫度在幾千萬度:細微的粒子分崩離析,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號日食時的日珥,兩張圖展示的是10分鐘內的變異

宇宙空間變得躁動不安了,公元前100年左右,一位大學者盧克來修講了下面這段話:

不用說,那些原始的天體,

在遼闊的空間到處得不到安息。

相反,它們不斷做出各種運動,相互追趕,

有一部分彼此發生碰撞而遠遠飛散,

有一部分卻分散在相離不遠的地方。

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,其實在它的體表的各個部位都有生命跡象,僅一立方厘米見方的土壤中生活的小細菌就多達千百萬個。人類發明的顯微鏡使我們的研究范疇更廣了,獲悉了那些微小細菌生物生活的別樣環境,一直處于動態之中的過濾性病毒環境,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?

身處熱運動之中的海水中的分子始終是運動著的,經科學研究發現,海水中富含的分子的振波長而復雜,并以一分鐘幾千米的速度在移動。

空氣同地球間也一直發生著原子的交換活動。氫原子是由地下深處擴散至空氣中的,因其運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。

游動的氧原子由空氣中躥至有機體,植物在分解二氧化碳后,碳就不停地循環,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潔凈透明的晶體比如水晶,雖然堅硬無比,但是看上去卻靜悄悄的紋絲不動。晶體像是由各個小格子固定著,從而晶體包含的原子被緊緊定格于格子的交叉點。不過這僅是人們的想象:實際上原子一直在發生著位移,它們環繞著自身的平衡點始終在抖動,彼此間不停地交換著電子,位于它們體內的電子有時如同金屬原子的電子般突然離去,有時又突然聚攏到一起沿著交錯的軌道發生著位移。

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,人們對身邊的物質移動的狀況就會有更為清晰的剖析。當今的科技已能測出物質以幾百萬分之一秒里的高速在運行,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,通過調整其能將我們平常看到的東西擴大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,更能見識物質的單個分子。顯而易見,這個世界將不再是悄無聲息的,而是由各個運動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,大概是在古希臘強盛前,名哲學家赫拉克利特就生活于小亞細亞的島嶼之上,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。”他從永恒運動的觀點出發表達了他對世界的認識,人們就是抱著這種想法迎接著歷史的各個階段。盧克來修以此為基礎在他的詩里流露出有關萬物的本質及世界歷史等哲學思想。羅蒙諾索夫以此作為理論基礎建立起了自己的物理學,他認為宇宙中的各個點均存在三種運動方式:直線向前的、環繞運動的、搖擺的。最新的研究結果已經為此做了見證,由此大家也應該換個視角來欣賞宇宙中的一切了,并可找尋出物質的運動規律了。

面對原子的分布規則,我們以為,正是自然界中的一些速度不等、方向不一且規模有別的永恒而復雜的運動規律,才讓這些活動無休止地進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、認識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,大家都已經無法用千米這個單位去衡量了,因為這個單位不夠度量。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。于是聰明的科學家就想出了一個與眾不同的單位,那就是“光年”,意為光線在一年跑出的路程。將望遠鏡調到最大的倍數就能發現更多的星體,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的望遠鏡……那些在宇宙中聚攏在一起的團團星際物質,凝結到一塊兒人們稱其為“星協”,它們的數量在一千億個左右。一個星協包括大約一千億顆星,一個星星又包含1后面加57個零數量的質子和中子,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,它們所帶的電是負的,那些電子我們沒有計算在內。

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。聚攏出一大團一大團的原子,團內原子的數量得用56位數字來表示,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。也許大家會覺得,宇宙中的大部分是空無一物的,一立方米包含10個或者是100個物質的微小粒子,也就是原子,因此該處的壓力不及一個標準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聯想到另一個稠密的空間,那個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驗室,從氫原子產生出了更多新且更重的原子,首當其沖的要數氫原子了。

其中的一些星星發出很亮的白光,如較為有名的天狼星伴星,組成該星的物質結合的異常緊密,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到底是什么,它的特點又有哪些。

一是無垠的星際空間里單個原子在翱翔,在此處自然界的靜止和急速運轉不可辯駁的同時進行著,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,這是我們在地球上無法見到的物質。在這樣的情形下就演變出了化學元素,星體越大,其深處的溫度就越高同時壓力也越大,從而形成的元素也就重起來了,而且越發得牢固。

出現的化學元素便是同宇宙混沌形態相抗爭的首要環節,在高溫和高壓下,處于游離態的質子和電子能生產出重一些的原子核。

照此下去,不同的位置慢慢就會出現不同的結構,從而出現人類稱作化學元素的東西。有些元素儲藏的能量多些,因此就重一些;而一些僅包含幾個質子和中子的,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,或者是聚攏出龐大的星云。那些較為穩定的元素,則停靠在熱浪席卷的或熔掉的星體表面。

一些結構在遇到強有力的輻射后會損壞一些星體的構造,促使其他結構出現:出現的這種巨大力量會有損原子核的穩定,造成一些元素的分崩離析,新的元素又誕生了,該過程一直延續到新原子不再受這種力量的控制才結束。形態各異的原子在宇宙空間的運動過程就從此時算起了。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宇宙。那些重量大的原子,性格穩重,一起在星云的某個角落聚攏。遇到降溫的情形,各個原子的電場就連接起來了,這么一來,結構簡單的化合物分子就形成了,像碳化物和碳氫化合物以及乙炔的微小顆粒,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。這種處于游離態的結構并不復雜的分子,慢慢組合成整齊劃一的體系。在溫度不高的情況下,脫離有損自己的環境,無須觸及星體的縱深處,就可形成宇宙組合的第二環境,結晶體就誕生了。晶體作為別樣的建筑物,它里面的原子都按一定的規律排列著,如同方形的塊狀物放在盒子里那樣。晶體的出現是物質脫離混沌狀態的第二個步驟,每立方厘米晶體的產生,就得讓1之后添22個零的原子聚攏到一起。結晶物質常常表現出不一樣的個性,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律的約束,而是受新生成的物質的規則制約——化學規律約束。

我不打算繼續寫這方面的內容了。我要特別指出的是,我們對宇宙的認識還是很有限的,自然界變化多端,它的靜止只是相對而言的,實際上在其內部運動無所不在;世上的物質都是在運動中形成的,新的物質的形態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現的一模一樣。筆者前面介紹的內容,好多已由當前的科研成果驗證了,不過有關從混沌狀態先誕生原子后又出現晶體,還存在好多人們解不開的謎團。

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:

原始的時候只是一片混沌和暴風,

一切的開端都是沒有秩序的亂哄哄,

在混亂的交戰里誕生了

空隙、路線、結合、吸引、沖撞、相遇和運動。

因為它們的形狀樣式不相同,

大的和小的互相沖散,各奔西東,

它們之間的運動毫無規律,

性質不同的部分彼此分散,

相同的部分聯合占據一部分世界,

然后在這世界里發展、合作分工。

由此可見大自然中的萬物不是完全不動的:所有的東西都在運動,只是運動的速度有差異而已。在人們的印象里石頭是不動的,殊不知,它時刻都在動,這有什么可奇怪的呢,構造它的原子每分每秒不都在動嗎?我們以為石頭是靜止的,因為人們無法發現這種變動,還由于這種運動結果經過一個很長的時間才能為人們認識,而人類自身的運動速度則要超出石頭很多倍。

最初人們認為原子不可分、穩固,連續不斷跟它不相干,殊不知這個想法是不正確的,原子也在跟隨時間變化。一些人們被稱作放射性的原子,其運動速度一般較快,除此之外的原子的運行速度都很慢……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……

而且人類運用自己的智慧一直呈現著它們的持續變化與發展歷程:由最初的不熟悉、模糊、混亂,不過隨著人類知識的增長就弄清了自然界物質的各種互相聯系的類型了,明白運動是遵循一定規則的,從而認識到宇宙是嚴密的、統一的……而后來的科學研究也證明了這些。

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