Science 版 (精华区)

发信人: emacs (动力不断 灵感不断), 信区: Science
标  题: 第三十八章　众星熠熠——未来
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月19日13:10:28 星期一), 站内信件



第三十八章　众星熠熠——未来



　　图：银河系中心人马座方向的稠密星云。黑暗部分是尘埃云，复杂的有机分
子正在那儿形成。在这些星星中，有些在死亡。无数有生命居住的行星很可能正
在环绕着这张照片上的恒星在运行。（扫校者注：此图并非中译本原图，由于扫
描质量问题而更换，原图为海尔天文台摄，此图为 Dave Palmer 制作。）


　　前一章的故事是一种科学传说。它或多或少是许多现代科学家基于现有证据
所深信不疑的。这是人类发祥的概貌，是一个经历了亿万年时间、由引力和核物
理、有机化学和自然选择推动的过程。它告诉我们，构成我们的物质是怎样在另
一个时间，另一个地点产生的，是怎样在五十亿年前或更久远的年代里产生于一
颗濒死恒星的内部的。


　　我感到，这项传说中有三个方面特别有趣。


　　第一，宇宙是这样组成的，它能允许（如果不是保证）生命的起源和复杂生
物的发展。很容易想象，有些物理定律可能会不容许产生适当的核反应，某些化
学定律可能会不容许分子产生适宜于装配的结构。但是我们却并未生活在那样的
宇宙中，我们生活在一个显然适合于生命生存的宇宙中。


　　第二，在这个传说中，没有任何一个步骤是独一无二、只适用于我们太阳系
成我们的行星的。我们银河系中有 2600 亿个太阳，而天空中有数十亿个其他的
星系。也许这些恒星的半数带有行星，而这些行星又处于从生物学角度说来离它
们太阳适中的位置上。生命起源的初始化学成分是宇宙中最丰富的分子。类似地
球上产生人类的过程想必在银河系的历史上发生过亿万次。因此，必然有其它的
星星氏族。当然，演化过程的细节将不会是相同的。即使地球上的演化过程重演
一遍，只有那些随机力量发生作用，也决不会产生出象人类那样的生物来。因为
人类是某个异常复杂的演化过程的最终产品。在这个演化过程中充满着错误的开
端和走不通的绝路，以及随机偶然事件。但是我们也可以预期，如果没有人类的
话，也会出现功能上与我们类似的生物。由于存在着比太阳古老得多的第二代和
第三代恒星，我认为，银河系中一定有许多地方存在着在科技、政治、伦理、诗
词和音乐方面比我们先进得多的生物。


　　第三点是最为引人注目的，即星星与生命之间的密切联系。我们的行星是用
恒星材料的残渣构成的。生命起源所必需的原子则是在红巨星内部配制出来的。
我们身边的太阳辐射所产生的紫外光和雷电，迫使这些原子结合在一起形成复杂
的有机分子。当食物供应短缺时，绿色植物发展了光合作用，这也是靠阳光来推
动的。一旦阳光熄灭，地球上的所有生物，当然也包括我们每个人的末日也就来
临了。


　　但这绝不是传说的结束。我们的太阳目前正值精力旺盛的中年阶段。它也许
还能活上五十亿或一百亿年。


　　那么，地球上的生命和人类又怎样呢？就我们所知，它们也会有前途的。即
使不是这样的话，在我们银河系中还有亿万颗别的恒星，以及很可能亿万颗有生
物居住的行星呢！今后星星与生命之间的相互作用又是什么呢？


　　星星的死亡正把天文学家引向不可逆料、接近超真实的空中奇景。其中之一
就是超新星爆发，它是比我们太阳略重的恒星在作垂死挣扎。在短短的几个星期
到几个月的时间里，这种爆发的恒星能够比它所在星系的其余部分更为明亮。在
超新星中，铁变成了象黄金和铀那样的元素。超新星是我们长久探求过的点金石，
它能把贱金属转换成了贵金属。


　　那颗恒星经过爆发失去大部分恒星材料后，平静下来成为一颗白矮星，安度
晚年。火焰熄灭了，某些爆炸失去的星体材料则注定要形成后代的恒星、行星和
生命。白矮星是由物理学家称之为简并态的物质组成的。电子从原子核上剥离了
下来，原子核失去了负电保护壳层后，能更紧密地挤在一起运动，结果产生了一
种超密态。典型简并物质的重量大约是每个顶针大小的一块就重达一吨。有些白
矮星是巨大的恒星晶体，能够承受外层重量。这种想法是正常的。有些白矮星主
要是碳，我们可以说它是颗金刚石制的星星。


　　但是对于更重的恒星来说，白矮星（它的余烬慢慢变冷，衰变成黑矮星）并
非最终阶段。简并物质支撑不住更重恒星的重量。恒星于居又一次地收缩。物质
越压越实，达到了不可思议的密度，直到进入某种物理新领域，出现某种新的力
量来制止恒星的坍塌。现在只剩下一种这样的已知力量了，即把原子核束缚在一
起的核力。这种核力使原子稳定，因此也使化学和生物学上的一切现象成为可能。
它还与恒星内部的热核反应有关，使恒星发光，并因此以一种完全不同的方式推
动了行星生物学。


　　我们想象一下一颗多少与太阳相似，但略重一些的恒星。它正处于把简单原
子转化为复杂原子的末期。它产生了它所能产生的最后一系列复杂核反应，然后
坍塌了。随着它体积的缩小，它越转越快，就象一个用脚尖旋转的滑冰者收拢她
的双臂那样。只有当它内部的密度类似于原子核内部物质的密度时，坍塌才会停
止。要计算出坍塌到什么阶段才会终止那是易如反掌的。坍塌过程将在恒星大约
只有一英里直径，每秒自转 10 周时停下来。


　　这种物体是一个快速旋转的中子星。实质上，这是个直径一英里的巨大原子
核。中子星物质极密，肉眼几乎看不见的一丁点儿就有 100 万吨重。地球根本
支持不了它。如果能把一小块中子星物质运到地球而不崩溃的话，它就会毫不费
力地穿透地壳、地幔和地核，就象一片剃须刀片穿过温软的黄油那样。


　　直到脉冲星发现以前，中子星只是在理论上存在，是理论物理学家的想象。
脉冲星是射电源。有些脉冲星与古老的超新星爆发有关。它们对着我们闪烁，就
象某种宇宙灯塔的光束正以每秒 10 次的速率扫过我们一样。如果脉冲星就是传
说中的中子星的话，那它们的辐射机理是很清楚的。一颗独立的中子星虽是异常
精确的恒星时钟，由于我们观察到它的能量正在消失到空间去，它的自转速度必
然会逐渐变慢。我们观察到脉冲星周期的变慢正好和中子星物理预期的情况大致
一样。


　　第一颗探测到的脉冲星被它的发现者半开玩笑地称作为 LGM-1。LGM是“小
绿人”的英文缩写。他们曾猜想它是不是来自先进外星球文明的信标灯。当我第
一次听说脉冲星时，我认为它们是极好的星际导航信标，是用于时空定位的标志，
是星际航行社会为了宇宙航行的需要在整个银河系内设置的。脉冲星是中子星，
这一点现在没有什么疑义了。但是，我不想排除这样的可能性，即如果存在星际
航行社会的话，自然形成的脉冲星会被用于导航信标以及通讯目的。


　　这种中子星内部的物质形态目前尚不清楚。我们不知道它的组成是否是在液
态的中子核心之外覆有由中子晶格构成的表层。如果核心是固态的话，就可能会
有星震——一种在恒星内部巨大压力之下发生的物质转移，这种星震将引起中子
星自转周期的不连续变化。现在已经观察到这种被称为“频率突增”的变化。


　　有人因为知道了脉冲星是中子星而不是星际无线电通信波道而感到失望。但
是脉冲星并非不令人感到兴趣。确实，一颗比太阳还重的恒星塞在一个直径一英
里，每秒自转十周的球面里，从某种意义上说来，比另一个星球上的略较我们先
进的文明更吸引人。


　　然而，还存在着另一种更深刻的使中子星、超新星爆发与生命相关连的方式。
正如我们已经提到的，在一次超新星爆发中，大量的原子以极高的速度从恒星的
表面被抛到了星际空间。在中子星的情况下，由于它的高速自转，在离它表面不
远的地方有一个区域，那儿几乎是以光速在自转。从那个区域抛出的粒子的速度
大到必须用相对论理论去描述它们。超新星爆发和中子星周围的高速区域都必然
会产生宇宙线。宇宙线是弥漫于星际空间的非常快的带电粒子；主要是质子，但
也包含了所有其他的元素。


　　宇宙线落到地球大气层上，能量不太高的粒子被大气层吸收或被地球磁场所
偏转。但那些由超新星和中子星所产生的能量较高的粒子则穿到了地球表面与生
命相撞。有些宇宙线穿透了地球表面各种生命的遗传物质。这些随机的和无法预
计的宇宙线在遗传物质上造成了变化和突变。突变是我们遗传指令中的变异，而
这种遗传指令包含在我们的自我复制分子中。就象一个精确的手表经常用锤子敲
击不可能准确一样，生命的功能也不大可能在这种随机的轰击下有所改善。但随
机轰击偶然也确实改善了功能，正如这种情况有时碰巧出现在手表和笨大的电视
机上那样。绝大多数突变是有害的，但是有少数引起改善的突变为进化提供了原
料。没有突变，生命就要走到穷途末路。因此，地球上的生命以又一种方式与恒
星事件密切相关。由于成千上万光年以外垂死恒星的突然发作，人类才得以在此
生存。


　　恒星的诞生创造了行星，后者是生命的摇篮，恒星的生命又为行星上的生命
提供了赖以生存的能量。恒星的死亡产生了使银河系其它部分生命得以继续发展
的凭借。如果濒死恒星所属的行星上存在着逃不脱命运摆布的智慧生命，他们可
能至少会从下面的想法中得到安慰：即，他们母星的死亡，虽然会引起他们自己
的灭绝，却使 100 万个其它世界上星星氏族的生物进化得以延绵不息。


--
What a friend we have in EMACS,
  All our text-problems to halt!
What a privilege to keypress
  Control-meta-ESC-shift-alt!

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 天外飞仙]