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《彼岸墟空》第1章 宇宙簡史
  天地玄黃,宇宙洪荒。

  東南西北曰宇,古往今來曰宙。

  宇指一切的空間,包括東,南,西,北等一切地點,是無邊無際的;宙指一切的時間,包括過去,現在,白天,黑夜等,是無始無終的。

  宇宙是由時間、空間、物質和能量所構成的統一體,是天地萬物的總稱。

  辯證唯物主義認為:宇宙是物質世界,在空間上它無邊無界。

  時間上也無始無終。它不依賴於人的意識而客觀存在,且處於不斷運動和發展之中。

  一般理解的宇宙是指,我們所存在的一個時空連續系統,包括當中的所有能量、物質和事件,對於這一體系的整體解釋構成了宇宙論。

  宇宙是如何起源的?

  這是從兩萬多年前的古代哲學家都到當今的科學家一直都在苦苦思索的問題。

  關於宇宙起始的爭論從古延續到至今,基本上存在兩個思想學派。

  許多早期的傳統,以及基督教、猶太教、和***教都認為宇宙是創生時間距離他們相當近。

  十七世紀時,鄔謝爾主教算出宇宙誕生的日期是公元前4004年,這個數目是把在舊約聖經中人物的年齡加起來而得到的1927年。

  而在光恆紀前在學術界影響較大是1927年由比利時數學家勒梅特提出的“大爆炸宇宙論”。

  勒梅特認為:“最初宇宙的物質集中在一個超原子的“宇宙蛋”裡,在一次無與倫比的大爆炸中分裂成無數碎片,形成了今天的宇宙。

  宏觀宇宙是相對無限延伸的。”

  1948年,俄裔美籍物理學家伽莫夫等人,又詳細勾畫出宇宙由一個致密熾熱的奇點於150億年前一次大爆炸後,經一系列元素演化到最後形成星球、星系的整個膨脹演化過程的圖像。

  關於宇宙的起源的問題,至今還有待人類去探索發現。

  天文學家根據很久很久以前宇宙爆炸的線索推出,也就是當時被稱為“大爆炸”事件。

  實際上大爆炸發生在完全黑暗之中,因為光不存在,所以沒有火焰。

  爆炸時隨著巨大的輻射,隻用了不到萬億分之一秒的時間,也就是一瞬間,第一樣東西出現了。

  一半的亞原子變成了物質,也就是組成我們自身的東西。

  而另一半則變成了和物質相反的東西--反物質。

  兩者相遇就會湮滅為能量,不過幸好的是物質要比反物質多,十億個亞原子裡面只有一個得以幸存下來,剩下來的部分就是我們現在宇宙的組成部分。

  爆炸之初,物質只能以中子、質子、電子、光子和中微子等基本粒子形態存在。

  宇宙爆炸之後的不斷膨脹,導致溫度和密度很快下降。

  隨著溫度降低、冷卻,逐步形成原子、原子核、分子,並複合成為通常的氣體。

  氣體逐漸凝聚成星雲,星雲進一步形成各種各樣的恆星和星系,最終形成我們如今所看到的宇宙。

  可以說我們的大宇宙是由大爆炸產生的煙霧構成的,當我們的宇宙誕生十分鍾後,直徑就已經有數千光年。

  光年就是光在一年裡走過的路程,是一個非常大的距離單位,不過這個在廣袤的宇宙中根本不算什麽。

  而後大約經過33萬年的擴張和冷卻,煙霧終於散去,我們的宇宙變得可以目視了。

  在138億年前的宇宙創生之初,不但沒有時間,而且就連空間以及空間中的物質、能量都沒有。

  根據廣義相對論的推測,宇宙最開始只是一個奇點,它擁有無限高的溫度和密度,無限小的體積。

  奇點也存在於黑洞的內部,包括最近剛剛直接發現的M87星系黑洞。

  在黑洞的中心,奇點似乎是穩定的。

  然而,在最初的宇宙中,由於量子漲落,奇點並不穩定,它在大爆炸中創生出時間、空間和能量,宇宙開始形成並演化。

  宇宙誕生的一瞬間,物質並不存在,那時的宇宙就像一個由純能量組成的“原始湯”,包含形成各種粒子所需的全部成分。

  在宇宙經歷極短時間的暴脹之後,誇克、輕子、膠子、希格斯玻色子等一系列基本粒子就從純能量中創造出來。

  在宇宙誕生幾分鍾之後,隨著宇宙的快速膨脹和冷卻,最早出現的基本粒子開始結合在一起形成其他複合粒子,如質子和中子。

  質子即為氫原子核,質子又可以形成氕氘氚,氕就是質子,沒有任何的中子,氕氘氚都是氫原子核,氘氚分別有一個與兩個中子。

  而且在現在,氘氚是製作一種威力無比巨大的武器,原子彈的材料,名字叫做氫彈。

  原子彈(Atomic bomb)是核武器之一,是利用核反應的光熱輻射、衝擊波和感生放射性造成殺傷和破壞作用,以及造成大面積放射性汙染,阻止對方軍事行動以達到戰略目的的大殺傷力武器。

  核武器爆炸時釋放的能量,比隻裝化學炸藥的常規武器要大得多。

  例如,1千克鈾全部裂變釋放的能量約8×10 13焦耳,比1千克梯恩梯炸藥爆炸釋放的能量4.19×10 6焦耳約大2000萬倍。

  核武器爆炸釋放的總能量,即其威力的大小,常用釋放相同能量的梯恩梯炸藥量來表示,稱為梯恩梯當量。

  核武器爆炸,不僅釋放的能量巨大,而且核反應過程非常迅速,在微秒級的時間內即可完成。

  因此,在核武器爆炸周圍不大的范圍內形成極高的溫度,加熱並壓縮周圍空氣使之急速膨脹,產生高壓衝擊波。

  地面和空中核爆炸,還會在周圍空氣中形成火球,發出很強的光輻射。

  核反應還產生各種射線和放射性物質碎片;向外輻射的強脈衝射線與周圍物質相互作用,造成電流的增長和消失過程,其結果又產生電磁脈衝。

  這些不同於化學炸藥爆炸的特征,使核武器具備特有的強衝擊波、光輻射、早期核輻射、放射性沾染和核電磁脈衝等殺傷破壞作用。

  核武器的出現,對現代戰爭的戰略戰術產生了重大影響。

  原子彈主要是利用核裂變釋放出來的巨大能量來起殺傷作用的一種武器。

  它與核反應堆一樣,依據的同樣是核裂變鏈式反應。

  按理,反應堆既然能實現鏈式反應,那麽只要使它的中子增殖系數k大於1,不加控制,鏈式反應的規模將越來越大,則最終會發生爆炸。

  也就是說,反應堆也可以成為一顆“原子彈”。實際上也是這樣,若增殖系數k大於1而不加控制的話,反應堆確實會發生爆炸,所謂反應堆超臨界事故就是屬於這樣一種情況。

  反應堆重達幾百噸、幾千噸,無法作為武器使用。而且在這種情況下,裂變物質的利用率很低,爆炸威力也不大。

  要製造原子彈,首先要減小臨界質量,同時要提高爆炸威力。

  這就要求原子彈必須利用快中子裂變體系,裝藥必須是高濃度的裂變物質,同時要求裝藥量大大超過臨界質量,以使增殖系數k遠遠大於1。

  原子彈的裝藥,能大量得到、並可以用作原子彈裝藥的還隻限於鈾235、鈈239和鈾233三種裂變物質。

  鈾235是原子彈的主要裝藥。要獲得高加濃度的鈾235並不是一件輕而易舉的事,這是因為,天然鈾235的含量很小,大約140個鈾原子中隻含有1個鈾235原子,而其余139個都是鈾238原子。

  尤其是鈾235和鈾238是同一種元素的同位素,它們的化學性質幾乎沒有差別,而且它們之間的相對質量差也很小。

  用普通的化學方法無法將它們分離;采用分離輕元素同位素的方法也無濟於事。

  而氫彈是原子彈的加強版,裡面是一個原子彈,外面是液體高壓狀態下的氘氚,只要達到了臨界溫度,大約1.6億度,就可以發生核聚變。

  核聚變的威力是核裂變的三至四倍,所以可以想象宇宙中的那一些恆星在無時不刻發生熱核反應,是多麽的威力巨大。

  質子和中子又會結合在一起形成氦原子核,同時還有極少量的氘、鋰、鈹原子核。氫原子核和氦原子核的質量比為3:1。

  由於宇宙的溫度和密度迅速下降,更多更重的原子核來不及形成,氫和氦就構成了宇宙的物質基礎。

  在宇宙形成之後的一段時間裡,由於光子與帶電粒子的耦合作用,宇宙是不透光的,所以我們無法通過光學手段來窺探宇宙最初時刻的景象。

  直到宇宙經歷38萬年的膨脹和冷卻之後,脫耦的光子可以在空間中自由傳播,宇宙才變得透光,這就是我們通過光學手段所能觀測到的最早宇宙景象。

  這些最古老的光子如今還在整個宇宙中遊蕩,各個方向的分布都非常均勻,它們被稱為宇宙微波背景輻射。

  由於空間膨脹拉長了最初光子的波長,這些光已經成了肉眼無法看見的微波。各向同性的宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸理論最有力的證據之一。

  經過大約1億年的演化,宇宙的溫度開始適合恆星的形成。氫、氦氣體雲在引力作用下形成了質量巨大的第一代恆星,它們的核聚變反應可以產生各種重元素。

  並且在第一代恆星的短暫一生結束之時,劇烈的超新星爆發不但可以進一步合成更重的元素,而且還能把重元素拋射到的宇宙中,成為下一代恆星的原料。

  雖然恆星合成了重元素,但與氫和氦相比,重元素的比例非常低。經過138億年後,如今宇宙中99%的物質(不包括暗物質)仍然是由氫和氦組成,並且它們的質量比還是差不多3:1,這也能作為宇宙大爆炸理論的有力證據之一。

  在第一代恆星出現之後不久,星系開始形成,其中也包括我們的銀河系。

  如果我們現在觀測最為遙遠的宇宙,可以看到早期宇宙的星系都是一些尚在發育的星系,這也能支持宇宙大爆炸理論。

  而且還有一些其他的理論,比較著名的是平行宇宙理論,也就是說,在我們的宇宙形成的時候,同時存在許許多多個奇點,發生了爆炸,從而產生了許許多多個平行宇宙。

  星系的中心天體是恆星,所有的恆星都從通常被稱為星雲或分子雲的氣體和塵埃坍縮中誕生。

  恆星的演化開始於巨分子雲。一個星系中大多數虛空的密度是每立方厘米大約0.1到1個原子,但是巨分子雲的密度是每立方厘米數百萬個原子。

  一個巨分子雲包含數十萬到數千萬個太陽質量,直徑為50到300光年。

  在巨分子雲環繞星系旋轉時,一些事件可能造成它的引力坍縮。

  巨分子雲可能互相衝撞,或者穿越旋臂的稠密部分。鄰近的超新星爆發拋出的高速物質也可能是觸發因素之一。

  最後,星系碰撞造成的星雲壓縮和擾動也可能形成大量恆星。

  坍縮過程中的角動量守恆會造成巨分子雲碎片不斷分解為更小的片斷。

  質量少於約50太陽質量的碎片會形成恆星。在這個過程中,氣體被釋放的勢能所加熱,而角動量守恆也會造成星雲開始產生自轉之後形成原始星。

  恆星形成的初始階段幾乎完全被密集的星雲氣體和灰塵所掩蓋。

  通常,正在產生恆星的星源會通過在四周光亮的氣體雲上造成陰影而被觀測到,這被稱為博克球狀體。

  質量非常小(小於0.08太陽質量)的原始星的溫度不會到達足夠開始核聚變的程度,它們會成為褐矮星,在數億年的時光中慢慢變涼。

  大部分的質量更高的原始星的中心溫度會達到一千萬開氏度,這時氫會開始聚變成氦,恆星開始自行發光。

  核心的核聚變會產生足夠的能量停止引力坍縮,達到一個靜態平衡。恆星從此進入一個相對穩定的階段。

  如果恆星附近仍有殘留巨分子雲碎片,那麽這些碎片可能會在一個更小的尺度上繼續坍縮,成為行星、小行星和彗星等行星際天體。

  如果巨分子雲碎片形成的恆星足夠接近,那麽可能形成雙星和多星系統。

  在幾百萬年的過程中, 原恆星達到平衡的狀態,安頓下來成為所謂的主序星。

  恆星大部分的生命期都在以核聚變產生能量的狀態。

  最初,主序星在核心將氫融合成氦來產生能量,然後,氦原子核在核心中佔了優勢。

  像太陽這樣的恆星會從核心開始以一層一層的球殼將氫融合成氦。

  這個過程會使恆星的大小逐漸增加,通過次巨星的階段,直到達到紅巨星的狀態。質量不少於太陽一半的恆星也可以經由將核心的氫融合成氦來產生能量,質量更重的恆星可以依序以同心圓產生質量更重的元素。

  像太陽這樣的恆星用盡了核心的燃料之後,其核心會塌縮成為致密的白矮星,並且外層會被驅離成為行星狀星雲。

  質量大約是太陽的10倍或更重的恆星,在它缺乏活力的鐵核塌縮成為密度非常高的中子星或黑洞時會爆炸成為超新星。

  雖然宇宙的年齡還不足以讓質量最低的紅矮星演化到它們生命的尾端,恆星模型認為它們在耗盡核心的氫燃料前會逐漸變亮和變熱,然後成為低質量的白矮星[2]。

  不知道在那哪一個歲月裡,在銀河系的一個角落,一顆主序星開始形成,隨後又不知道過了多久,開始變成紅巨星,隨後又變成了超巨星,不過就在這個時候。

  它的引力似乎不夠了,開始發生坍塌,劇烈收縮,巨大的引力勢能轉化為內能,又開始劇烈發光,變成了超新星!

  隨後發生了超新星爆發,巨大的亮度瞬間照亮了整個星系!
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