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科教电影《宇宙与人》解说词文案 (2)

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坐吃而不山空

这是在四川乐山的一尊唐代大佛,是一个一改休闲装束而神态庄严的弥勒佛。按照佛经的解释,它被授予主管光明和未来的责任。巧合的是,就在它视线的前方,一座中国的核动力研究院正在研究未来的能源———核聚变。这里要解决的难题,是如何约束温度极高的核反应。由于地球上任何物质都不能承受热核反应所需要的1000万度以上的高温,于是人们试验用能量约束能量,用强磁场来悬浮聚变的核能。目前,“核老虎”的笼子正在和“老虎”较量,这些复杂的管道,也许不久就要编织出人类最辉煌的梦想。这一天也许真的不太远了。


太阳的引力所造成的塌缩,不仅引发核聚变,而且塌缩的压力还是约束核能的极好的容器。在巨大压力下,太阳每秒钟使用5亿吨的氢原子参与聚变,其中有400万吨的物质转化为能量。这些数字听起来挺大,但和太阳的总质量相比,就微不足道了。太阳自存在以来,只损失了万分之一的物质。能量在它的大约70万公里的深处的核心产生,要经过1000万年才能上升到表面,光在太阳的肚子里走得比蜗牛还慢,正因为这样,这个能量的“亿万富翁”才能从容地使用自己的存款,坐吃而不山空。

 

 

寒武纪生物大爆炸

的确,我们需要一个如此长久的能源,因为地球上的生命存在了将近40亿年,而太阳一定要比这个时间更长的存在,至少在没有找到另一个宇宙生命模式之前,我们无法证明这个进化的时间能够缩短。不过,人们却发现,整个的进化史似乎被耽误了很多的时间,真正的大型生命的进化历程实际上只有5亿年左右,而大部分生命史都是在海洋中以微生物的形态消磨时光。这段时间居然有30多亿年。人们发现生命的大型化和多元化全部集中在5亿4千万年前的寒武纪的地层里,而且它们似乎是突然的出现,非常整齐地站在了同一条进化的起跑线上。这就是寒武纪生物大爆炸。


寒武纪是一个伟大的时代,而中国云南澄江地区的帽天山更是这个时代的圣地,因为在这里发现了世界上最古老的寒武纪多细胞动物的化石。


大爆炸是生物学家们感到困惑的地方,因为动物的大型化和多元化来得十分突然,而进化的复杂性似乎被寒武纪蕴藏的神奇力量给简化了。究竟是什么力量突然把微生物变成了大型的多细胞的动物呢?


在古老的年代,土壤中的含氧量很少,而寒武纪地层中的含氧量,随着年代的走近而丰度增高。也许,正是这种气体引发了地球生命的辉煌。


现在,地球的大气中充满氧气,但是它们在天地之间一刻不停地循环,氧气是最活跃的气体,它总是很快地和其它物质氧化,因此氧气只能是保持流水作业。如果地球上的植物现在停止制造氧气,那么地球上的氧气很快就会枯竭。正因为氧气的这种活性,它才能贯穿在大型生命的体内,从而产生剧烈的体能和高级神经的活动。


不过,陆生植物制造氧气的历史非常短,只有几亿年,它们对地球氧气的贡献是锦上添花,而真正从零起步制造氧气的,是寄居于海洋中的藻类,它们通过一种叫做叶绿素的细胞间复杂的分子的运动,逐渐地把海洋中的二氧化碳转换成了氧气,地球上的氧气全部都是从绿色毛孔中分泌出来的。这种分泌持续了几十亿年,才让地球充满了自由氧。这个过程如此漫长,是因为地球上存在着巨大氧消耗,大量的无机物都在被氧化,至今海洋中还蕴藏着大量的氧化铁矿脉。相信有一个时期,地球上的海洋都被铁锈染成了红色,那是铁元素在呼吸。


很可能,寒武纪是一个收获氧气的时代,因为这个时候的氧气一定是生产大于消耗。当海洋充满氧气并持续稳定到一定的时间,使用氧气的大型动物才能没有后顾之忧地改变自己的形态,去充分地利用更好的能源。这种能源使得一部分动物身体结构扩大并且功能增多,就好像有了汽油才有汽车一样,可以说,有氧才有生命的运动。


运动是寒武纪生命的重要进步,就像新司机刚刚上路,寒武纪的祖先们动作都很慢,它们小心翼翼,笨拙但绝对拥有了前所未有的自由。


大爆炸到现在大约5亿年,在这之后生命进化的效率应该是很高的,因此一个星球的生命能否缩短它进化的历程,关键是看多细胞生命诞生的时间表。当然,寒武纪的地层还隐藏着许多的秘密需要去思考,但首先我们应该感谢它,因为如果某种现在还不知道的因素再推迟生物大爆炸的启动,那么,我们的命运也许就是另一个样子。

 

 

太阳终究不是永恒的能源

太阳终究不是永恒的能源,庆幸地球在5亿年前启动了多细胞生命的进化,使我们对太阳没有任何危机感。然而,太阳毕竟在燃烧中衰老,它的氢不断地变成氦,最终,随着核心温度的增加,氦原子核将会再度突破电磁力的屏障而碰撞,发生新的核聚变。


根据太阳的质量计算,在大约40亿年之后,太阳的氦聚变将开始启动。这就是说,在太阳的核心,又诞生了一个新太阳,而这个温度更高的太阳会把外面温度低的太阳推出去,它的体积将会因此而膨胀一百万倍以上,宇宙中恒星在衰老的时候将会显得非常辉煌,但这种辉煌将毁灭地球,恒星的临近熄灭不仅不会减少热能,恰恰相反,一个百亿岁的太阳将会把几亿公里的范围都变成火海,地球的一切生态构成都将崩溃,并最终被它吞噬。


太阳只有2次核聚变,90亿年的氢聚变和大约10亿年的氦聚变。当氦燃烧完的时候,太阳的引力会继续塌缩而且将没有抵抗,此时,它的力结构将会出现一些不稳定而喷出一些外围的物质,然后这些物质会形成艳丽的光环。在宇宙中有许多这样的气体光环,这些都是类似我们的太阳这样的恒星的死亡符号。如果它们之中有被孕育过的生命,不知它们有没有足够的时间进化到智能,并且在它死亡之前寻找到新的居住地,幸运的是,人类有至少40亿年的时间来做准备。


死亡太阳的大部分的物质依然被引力牢牢控制着,但因为引力不足以引发比氦元素更重的碳元素的核聚变,所以这颗星球只有忍受塌缩,成为一颗和地球直径差不多,但比地球重几十万倍的白矮星。尽管它模样改变了,但它的引力仍然能够控制太阳系剩下的天体。

 

 

宇宙演化最重要的动力

在宇宙中,恒星的分类是按照它们死亡的方式,一类像我们太阳这种,最终安静地成为白矮星,另一类是比太阳大8倍以上的恒星,它们的死亡是爆炸。恒星越大,寿命就急剧地缩短,质量差3倍,寿命就差750倍。也就是说,一个比我们的太阳大3倍的恒星,它的寿命就只有1300万年。所以,生命的进化是不可能托付给大恒星的。但是,宇宙的物质的丰富和流动,却全靠它们。


宇宙在过去有过一个非常单调的开端,只有氢元素和少量的氦元素,然而宇宙在成长,而成长的标志就是重元素的增加,这种增加使宇宙越来越丰富。宇宙的所有的奇迹,都是在有了完整的元素制造之后。而制造元素,就是把氢元素以不同的数目聚合,而要完成所有元素的聚合的场所,就是拥有巨大引力的大恒星。


从丰富物质角度来说,大恒星是宇宙中的精品,它们不仅能生产所有的元素,而且由于恒星越大,寿命越短,因此周期也短。所以,恒星的巨无霸是宇宙制造元素效率最高的工厂。不过,宇宙中最大的恒星的质量极限是一百个太阳,如果再大,就会因为自身的核反应过猛而解体。

引力制造元素,但也束缚元素,小恒星大约能制造出十来种元素,但这些元素最终不能在宇宙中流动。


大恒星能制造更多的元素,一般超过太阳质量8倍以上的恒星就能使聚变一往无前,其核心达到几十亿度的高温不断地创造不可思议的聚变,每次聚变所产生的能量都使恒星膨胀得更大一些。于是它就像洋葱一样形成令人吃惊的多层核聚变的巨大空间,这个空间可以达到100亿公里,装下整个的太阳系。


在聚变的深入过程中,恒星变得越来越危险了。因为元素越重,聚变提供的能量越少,而巨大的恒星又必须靠不断释放的核能支撑,然而,当聚变到排列第27位的铁元素时,摇摇欲坠的恒星遭受到最致命的破坏———因为铁元素的结构极其稳定,它在聚变时不释放能量。于是,巨大而膨胀的恒星将会因核心失去支撑而倒塌。


因此,恒星粉碎性的爆炸,能量的狂飙扫荡天庭,这就是超新星爆发。此刻它的能量相当于正常恒星的100亿倍。在这个超能量的瞬间,宇宙中所有的元素都被聚变出来了。


像金银首饰这种重元素,就是在超新星的爆炸中诞生的。当我们佩戴它们时,要记住宇宙制造高档产品确实是代价很高,它需要报废一颗至少比太阳大8倍以上的恒星,才能使我们披金戴银。 


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