了解宇宙如何运行.docx

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了解宇宙如何运行

了解宇宙如何运行

第一篇：

恒星

引导：

庞大而炙热的恒星在宇宙中随处可见，恒星统治着整个宇宙，我们的命运与恒星的命运紧密相连，恒星在暴力中产生，在壮丽的爆炸中死去，宇宙中充斥着无数星尘，最终成为了生命的组成部分，我们身体里每一个原子，都是在恒星炙热的内核中产生的，恒星推动着宇宙的运转，它们是所有生命的起源。

恒星

深邃的夜空中群星璀璨，引语（郊外的夜空格外晴朗，如果幸运的话你可以看到约三千颗恒星，但它们只不过是巨大冰山的一角，我们所在银河系，就有超过1000亿颗恒星，而在目前可观测的宇宙空间中，就有超过1000亿个河外星系，宇宙中的恒星甚至比地球上的沙砾还要多）。

每颗恒星都威力无穷，它们创造了基本物质，组成了宇宙万物，其中也包括人类，大多数恒星由于距离遥远，我们对它们知之甚少，但有一颗恒星离我们很近，事实上我们对恒星的所有认知都来源于这个近邻。

引语（给予我们光明和温暖的太阳光其实不过是一种星光，因为我们的太阳只不过是一颗恒星，就像所有恒星一样）。

从地球上看，太阳就像一个夺目耀眼的火球，在它眩目光彩的背后，隐藏着宇宙中最强大的天体之一，近四十六亿年来，这个由炽热气体组成的星球，始终照耀并主宰着地球上的万物。

引语（太阳距离我们9300万英里，这意味着太阳非常庞大，大到足以容纳100万颗地球）。

太阳的直径为160万公里，而与其它更大的恒星相比，太阳的确微不足道，例如巨大恒星海山二比太阳大五百多万倍，位于猎户座的参宿四比海山二还要大300倍

，如果将参宿四置于太阳的位置，它将占据太阳系的一大半空间，边缘直达木星。

大犬座VY星是一个庞然大物，它是目前已知的最大恒星，比太阳大10亿倍，燃烧的恒星显现出各种不同的色彩，红色、黄色或蓝色，有些恒星茕茕孑立，有些恒星则成对出现，互相环绕，亿万颗恒星汇聚成巨大的星系密布整个宇宙，每颗恒星都独具特色，但它们最初形成的方式完全相同，它们由被称做星云的气体和尘埃组成，直径长达十亿公里，形成各异的星云漂浮于太空中景象蔚为壮观，这是火焰星云，这是马头星云，这是猎户座大星云，每一个星云都是恒星的摇篮，其中孕育着数百万颗恒星，但我们无法观测到恒星诞生的过程。

引语（星云最引人注意的地方并不在于你所看到的灿烂闪耀的气体云，而是那些较暗的部分，较暗的区域中存在密集的气体和尘埃，恒星形成的过程就出现在这里）。

这是尘埃云，由于密度很大，普通望远镜无法观测到尘埃云内部的景象。

引语（对我们而言，没有比恒星更重要的星体了，然而很久以来恒星的形成始终是个谜，我们无法观测到这一过程，我们根本无法在第一时间观测到刚刚诞生的恒星）。

2004年美国宇航局发射了斯皮策太空望远镜，斯皮策是一架红外望远镜，它的作用就是观测热量，热量能够穿透星云厚厚的尘埃，斯皮策能够据此观测星云内部新恒星的形成，这些非同寻常的图片捕捉到了恒星诞生初期的画面，一小块氢气团受热后开始升温。

引语（哪怕是一小块尘埃或气体都在发光，那些本来完全暗淡的区域也开始变亮，我们能看到恒星形成的最初阶段，恒星的形成需要氢气，引力和时间）。

尘埃和气体在引力的作用下聚集形成庞

大的旋涡。

引语（物质在引力的作用下聚集，如果你将物质聚集在一起并不断挤压至很小的体积，温度了然升高，这是简单的物理定律，当物体受到压缩时温度会不断升高）。

数十万年来星云的密度不断增大形成巨大的盘状旋涡，直径甚至超过了太阳系，而位于中心的气体在重力不断挤压下形成了具有超高密度和温度的球体，随着压力不断增大，巨大的气柱从中心喷射而出。

引语（从这里以看出，恒星的诞生过程有多么剧烈，这些气柱的直径长达几光年，它们能使物质加速运动，穿越无法想像的距离）。

引力作用持续而强烈，气体和灰尘颗粒被不断吸入并相互挤压产生了越来越多的热量，在未来50万年的时间里年轻的恒星将逐渐变小并变得更亮更热，核心区域的温度将达到1500万摄氏度，气体原子只有在惊人的高温下才能发生聚变并释放出巨大的能量，一颗恒星就是这样诞生的。

在未来的数百万年，数十亿年来甚至数万亿年的时间里，它会一直发光，在数十亿年的时间里恒星会释放出巨大的热量和光芒。

但是这需要消耗大量的燃料，直到二十世纪初，人们还对这种燃料一无所知。

引语（在上世纪末，物理学所面临的最大问题就是驱动恒星的能量到底是什么，每当我们仰望天空就会意识到我们认识中存在巨大缺口，为了破解恒星的秘密，我们需要一种新的动力，我们需要寻找一种充沛的热源可以驱动恒星数十亿年之久）。

一个天才发现了奥秘，他就是阿尔伯特·爱因斯坦，他的理论证明恒星可以开发出原子内部的能量并加以利用。

引

语（恒星的秘密就是爱因斯坦的质能守恒定律，即E=MC2，在某种意义上组成我们身体的物质就是浓缩的能量，这种能量浓缩在构成宇宙的所有原子中）。

爱因斯坦的理论还表明，将原子互相聚合即可以释放出一种称为核聚变的能量为恒星提供动力。

引语（令人震惊的是这种微小次原子粒子的物理变化竟然决定了恒星的结构和性质）。

通过爱因斯坦的理论，我们学会了如何释放原子内部的能量，现在科学家们正在实验室中模拟恒星的能量来源，在实验室中控制核聚变的力量，在位于英国牛津附近的实验室里有一台重达3.6T的机器，每天安德鲁·科克和他的团队就在这里将它变成一颗地球上的“恒星”。

引语（这个机器被称为托卡马克，是一个巨大而有磁性的环形容器，它可以容纳滚烫的等离子体，我们可以在这里再现恒星的内部环境）。

在托克马克内部，氢原子自然会相互排斥，为了使氢原子相互挤压，托卡马克将氢原子加热至三亿摄氏度的高温，在这样的温度下飞速运动的氢原子不可避免地撞在一起。

引语（如果你对它加热就会引发运动而炽热微粒的运动足以抵消相互排斥的力量）。

如果一切顺利这个核聚变装置将成为最理想的的发电厂，氢原子以每秒1600公里的速度互相撞击，聚合并创造出一种新的元素—氦，以及少量的纯能量。

引语（氢气的质量比氦气稍大，在燃烧的过程中会损失部分质量，这些消失的质量转变为能量）。

托卡马克中的核聚变反应只能维持几分之一秒，但在真正的恒星内部，核聚变反应会持续数十亿年，原因很简单，质量决定一切。

引语（恒星的动力引擎正是引力，这也是恒星质量较大的原因所在，恒星都是庞然大物，你需要足够的引力来压缩恒星，从而产生巨大热量维持核聚变反应，这就是恒星的秘密，也是恒星闪耀的原因）。

恒星内部

的核聚变所产生的能量相当于每秒钟十亿颗原子弹爆炸所产生的能量。

引语（恒星就像一枚巨大的氢弹，那么它为什么没有直接炸成碎片呢，这是引力挤压恒星外层的结果）。

引力与核聚变在这场漫长的争斗中相互抗衡。

引语（一方是试图将恒星压得坚实的引力，另一方则是在核聚变过程中释放出来的能量企图将恒星炸成碎片，这两种力量相互制衡，最终造就了恒星）。

这场力量之争贯穿恒星的整个生命过程，两种令人生畏的自然力量达到了动态的平衡，随着战斗不断升级，恒星也开始发出光和热，同时也释放出一些破坏性很强的物质，恒星发出的每一束光都要经历一些奇特的旅程，光的速度可以达到每小时10.8亿公里，能在1秒钟内环绕地球七周，它是宇宙中速度最快的物质，但是绝大多数恒星都如此遥远，它们的光需要经过几百年，几千年，几百万年甚至几十亿年才能到达地球，所以当哈勃太空望远镜对准宇宙深处时它所观测到的光束已经飞驰了数十亿年之久，我们今天所看到的来自海山二的光线早在8000年前人类的祖先第一次耕种土地时就已经离开了那个星球，而参宿四的光线从500年前哥伦布发现美洲大陆时起就开始了飞往地球的旅程，即使是太阳放出的光线也需要八分钟的时间才能抵达地球，早在穿越太空之前，光就已经飞驰了数千年。

引语（当太阳内部的氢气发生核聚变形成氦气产生了一种叫做光子的微粒）。

新产生的光线仍需要相当长的时间才能到达恒星的表面。

引

语（受到整个恒星的阻挡，光子产生以后很快就撞上了另一个原子，另一个质子或另一个中子之类的物质，它被吸收并随即被射向另一个方向，所以光子就在太阳内部到处游荡寻找自己的出路）。

对于光子而言这是一次狂野的旅程，在从恒星内部逃脱之前他们曾数十亿次遭遇撞击。

引语（这个过程的有趣之处在于光子从太阳的内核到达表面要耗费数千年的时间，而一旦到达太阳表层只要短短八分钟就能到达地球）。

光子是光与热的源泉，它同样也会成为破坏力极强的太阳风，光子一旦到达太阳外层就开始加热这个外层，在围绕恒星运转时光子会产生剧烈的气流和强大的冲击波，这一过程如此剧烈，我们甚至可以听到爆炸的声响，这是通过太阳和太阳风层探测器捕捉到的太阳的声音，高速运行的气体还产生了强大的磁场，当恒星转动时磁场互相撞击冲破恒星的表层，巨大的闭合磁力线喷向宇宙，有的十分庞大，即使地球从中穿过还有数千公里的余地，这些向宇宙深处如潮水般喷射的带电微粒虽然壮观，却十分致命，这就是太阳风。

它足以毁坏宇宙飞船和卫星，甚至危及宇航员的生命。

为了了解闭合磁力线引发太阳风的原因，来自加州理工学院的科学家们试图在地球上模拟恒星的表层。

引语（可以在实验室中创造出与恒星表面相同的物理特性实在令人兴奋，我们无法到达恒星甚至连的探测器也无法到达，但我们可以试着去研究恒星上发生的一切）。

他们用一个隔绝空气的空间模拟宇宙的真空状态，巨大的电流产生了一组人造闭合磁力线。

引语（我们在实验室中制造的等离子磁力线与太阳表面的磁力线相比只有大小区别，我们在实验室制造的就只有这么大，而太阳表层的磁力线大小是地球的好几倍）。

他们的实验表明当实验室

中的闭合磁力线撞击时会产生能量巨大的冲击波，当巨大的磁力线在恒星表面碰撞时释放出的能量使温度迅速从一万摄氏度飙升至一千万摄氏度，强大的热能引发了太阳风，数百万吨微粒涌向宇宙空间，恒星越大，恒星风的威力就越大。

引语（如果我们以等距离围绕海山二运行，那么地球将会毁灭，它向地球喷射的能量将使大气层剥离，海洋沸腾，地表融化）。

了解恒星的形成过程可以帮助我们预测恒星的极端破坏力，更好的保护自己，然而当恒星消亡时一切自我保护的努力都毫无意义，在这最后的时刻恒星周围的所有物质都会被一同摧毁。

从诞生的那一刻起每一颗恒星就注定会消亡，它的燃料终将全部耗尽，引力将会战胜核聚变，由此引发一系列足以摧毁恒星的连锁反应，我们的太阳也不例外。

太阳内核每秒都会消耗六亿多吨氢燃料，按这样的速度太阳上的氢能源将在70亿年后燃烧殆尽，当氢气逐渐耗尽时，恒星内部的核聚变反应也开始放慢，引力逐渐占据上风，核聚变反应的扩张力不断减小，挤压恒星的引力逐渐突显，核聚变也会予以回击。

于是，恒星的外层不断升温。

引语（气体在受热时会膨胀，因此太阳也在一直向外扩张，现在的太阳直径为100万英里，随着它的持续膨胀，最终直径将达到一亿英里）。

到那时我们的太阳将成为一颗红巨星。

引语（设想一下公元70亿年时的日出，你将看到的不再是可爱而有朝气的黄色小圆盘，而是一个红色的巨型盘缓慢越过地平线，当太阳完全升上天空时，将向地球散发炽热的能量，感觉

一定像把脑袋伸进了炙热的烤炉）。

地球上的温度将达到数千摄氏度。

引语（海水将会沸腾，山峰也将熔化，那时将是地球末日到来前最后的美好时光）。

这颗膨胀的恒星会将地球完全吞没，然而这颗红巨星也在自我毁灭，它的内核变得极不稳定，处境十分危险，当所有氢气都燃烧殆尽后，恒星开始燃烧氦气，它们聚合形成碳，此时的恒星正在由内而外自我毁灭，从内核涌出的能量冲破恒星的表层，这些能量波将会剥离恒星的外层，恒星也将完全瓦解，这颗恒星已经死亡，它所残留的物质就是一颗炙热浓缩的内核，红巨星最终演变成一颗白矮星。

引语（在恒星转变成白矮星时核聚变的过程就停止了，动力引擎也最终停息下来）。

在太阳即将消亡时它将变成一颗与地球大小相当的白矮星，但密度约为地球的100万倍。

引语（白矮星是一种十分惊人的星体，它的密度大得令人难以置信，如果我们取块糖块大小的白矮星放到地球表面，它会因为密度过大而坠入地心深处）。

天文学家们相信在白矮星的中心存在着一块硕大的纯碳晶体，也就是一块直径约为数千公里的钻石。

引语（想到太阳将会变成这样冷漠而黑暗的残余物质，的确有些伤感，但是天空中将会出现一块数万亿克拉的钻石，一块空中钻石）。

恒星还能够创造出比巨型钻石更加珍贵的物质，当那些比太阳质量更大的恒星