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我们从何而来?我们为何在此?

 

我们从何而来?我们为何在此?

宇宙研究网 站长  吴东敏

人类,地球上的高等生命,她不会满足自身的生存和种族的繁衍,永无止境地探求着人与自然的奥秘。6000到5000年前,古巴比伦的苏美尔人用楔形文字,记载了“两河流域文明”,制定了世界上最早的天文历法。5500到4100年前的古埃及,古希腊,古印度,古华夏,都可以找到人类文明的踪迹。人类不断地追溯着过去的历史,收藏着前人的文明,探索着自身的秘密。我们从何而来?构成我们自身的物质从何而来?或许成为人类科学探求的永恒主题,从人类的起源,生命的起源,地球的起源,太阳的起源,银河系的起源,直至宇宙的起源。

人类的起源,源自于生命的进化,它经过漫长复杂的演变过程。

作为生命的基础物质,蛋白质,核酸,多糖是构成生命体的基本材料。构成这些基础物质的基本元素主要有:氢,碳,氮,氧等等。显然,这些元素来自地球。包括上述元素,科学家在地球表层找到的元素共有约94种之多。本文主要讨论的问题是:地球从何而来?这些元素是何时何地如何制造出来的?我们为什么会站在这里?

大约58到60亿年前,在银河系猎户支臂的某一非常黑暗,非常寒冷的区域中,存在着一朵体积庞大的低密度氢气云,其中含有少量的氦气和极少量的重元素原子,其总质量约是太阳质量的8倍左右。由于氢气云内部密度分布不均匀,因此,在温度低密度大的地方,在引力的作用下,不断收缩,体积急剧缩小,密度急剧增大,而温度逐渐升高。在整个氢分子云的收缩过程中,开始慢慢地转动,而且转速会愈来愈快。这是氢气云形成原恒星的过程,此原恒星的直径约为280万千米。原恒星经过约千万年的演化,体积缩小,恒星核心部位温度增加到500万到1000万度的时候,这是氢弹发生核聚变点火爆炸的起始温度,恒星点燃,原恒星进入主序星阶段。

关于恒星首次是如何点燃的?始终是一个谜。本文作者认为,恒星首次点燃的位置,绝不可以在原恒星内部,必须在恒星的表部,表部某处或多处发生氢聚变点燃后,会迅速漫延至全球。其原理简述如下:

原恒星自转速度不断增大,原恒星表面的磁场不断增强,强度与转速成正比。原恒星经过千万年的演化后,温度增高到万度(绝对温标万K)以上,成为高温等离子气体。在恒星深度至800千米的表层区域范围内,由于对流与辐射的不均匀性,产生杂乱无章的强度很大的高速电子紊流,并与恒星磁场发生强烈摩擦,只要磁场强度足够强,即会激发出强烈的自由电子激光。这种发光机制与当今热门的自由电子激光原理相似。强激光点火激发氢核聚变,原恒星开始燃烧。

上述这个恒星,是第一代恒星,我称它为母恒星,她是我们太阳的母亲。太阳属第二代恒星,是母恒星在生命终结时,发生超新星爆发留下的遗迹,再经过上亿年的演化产生出来。我们的地球,就是第一代恒星发生超新星爆发时飞溅出来的高温液滴,经缓慢冷却,不断演化后,形成今天人们看到的生机盎然婀娜多姿的美丽地球。有科学家认为,太阳的年龄约为45.7亿年,地球的年龄约为45.5亿年。太阳与地球基本上属同一时期产生出来。

如果按传统经典的观点认为,核反应区在恒星的中心,约占恒星体积的1/64,依次是辐射区,对流层,光球层。辐射区约占恒星体积的50%左右。作者要问:1,核反应区发生核聚变辐射出去的物质依靠自身引力能收回来,而不致于使恒星解体吗?回答是,依照引力的平方反比定律,引力将迅速减小,辐射出去的物质是无法收回的。2,如果核反应处于恒星中央,然后不断的辐射,对流,恒星将成为一个搅拌器,核聚变反应的产物,比如生成像地球中的90余种元素存在于恒星内,再经十多亿年的搅拌,混合物质将成为不可分离的密度均匀的“汤”。请问,如果这样的话,我们当今的地球将来自宇宙的何方?回答是,核反应区不可能在恒星的中央区域。3,恒星中心能达到核聚变的点火温度500万到1000万度吗?回答是,不可能。科学家通常用某某定律方程去计算恒星内部的区域温度,但很难验证真伪。也有用压力去估算内部温度。但压力温度关系不是线性关系,它只能在某一区段近似适用线性求解。相反,压力增大,使氢分子之间的距离缩小,分子的振幅受到限制,温度不再增大甚至减小。作者认为,由于上述3点原因,科学工作者应该抛弃经典传统的恒星模型,另辟蹊径。故此,作者经过多年的研究,初步勾画出上述第一代恒星的结构及其工作原理是:

母恒星半径约140万千米,质量为8倍太阳质量。恒星内部依次是,光球层厚度约500到800千米,平均温度6000度,过渡层厚度1000到8000千米,温度从1到80万度呈梯度分布,核反应层厚度1到5万千米,温度2000到8000万度,沉降稳定层厚度120到135万千米,温度下降到1万度左右,中心核心区0.5到3万千米。恒星大气层依次是,色球层厚度2000到3500千米,平均温度超1万度,日冕层250到500万千米,温度达百万度以上。光球层与色球层的厚度对恒星的发光颜色带来直接的影响,偏厚会使恒星的发光颜色偏蓝,偏薄会使恒星的发光颜色偏红。核反应层的厚度直接影响恒星的寿命,如果恒星直径愈大,再加上核反应层愈厚,恒星消耗的氢燃料愈快。母恒星的寿命估计约为12到14亿年(科学家估计我们的太阳寿命约为100亿年,当前每秒消耗约400万吨氢燃料)。母恒星内部温度只有1到3万度左右,呈完全透明像水晶球般的非常安静的等离子体状态。核心区含有较小的高密度内核,有放射性,释放伽马射线。伽马射线会对核反应层沉降下来的中核元素(碳,氮,氧,氟,氖),较重元素(钠,镁,铝,硅,磷,硫,氯,氩,钾,钙,一直到铁),重元素(铁以后的元素)的核素结构产生影响。我们地球上找到的天然元素90余种,还有这些元素的天然同位素300余种,这与母恒星内核释放的伽马射线有关。

母恒星整体点燃后,恒星表部的核聚变爆炸此起彼伏,十分激烈,亮度超高。此时星体表面波动幅度较大,振幅最大达到1万千米以上。日冕层和色球层与光球层慢慢增厚,恒星亮度逐步降低。大约经过数百年上千年以后,母恒星即可达到稳定的燃烧时期,亮度降至正常数值,此时,母恒星正式进入主序星阶段。

在光球层的底部,聚集了大量的携带负电的D粒子,在巨大的库仑斥力和受到色球层物质的阻力下,逼迫D粒子形成无数条链条以30万千米/秒的速度向太空辐射,形成经久不息的强光。在核反应层,主要成分是氢离子,氦离子,重氢离子和电子组合而成的等离子体(也称“电浆”)。核聚变开始达到500万度以上时,上述物质大部分变成质子(氢核),α粒子(氦核),中子,电子。它们相互碰撞,发生一次或多次聚变反应,生成各种原子核。中核,较重核,重核向内部沉降,并在沉降的过程中俘获到电子成为各种元素。许多氢核,氦核重新俘获到电子以后成为氢气,氦气并上浮到过渡层。可能产生的轻核锂,铍,硼,也会慢慢沉降,但再次被聚合的可能性很大,所以这些元素存量的百分比并不大。同时,有大量的微子产生,包含数量庞大的宇宙粉尘M粒子,向各处逃逸。也有成团成块的成为“炉渣”。各类微子是太阳风的主要成分。

高分辨率光学望远镜可以看到太阳光球层的米粒组织。目前世界最大口径是4.24m的DKIST光学望远镜,它坐落在美国夏威夷,分辨率为30千米,看到的米粒像“石榴籽”那么大。米粒尺度通常1000到2000千米,大的有3000到6000千米,平均面积70万平方千米。科学家估算,太阳光球层含有400万颗米粒组织。母恒星的光球层景象与太阳相同。作者认为,米粒组织是核反应层大规模核爆炸在光球层上的投影。每颗米粒的印象由许多较小的爆炸合成。有资料表明,米粒的寿命很短,平均只有8分钟,个别可达16分钟,亮度变化较快,此起彼伏。每一批次的爆炸生成的后产物,有一定的规律性,同一种或同几种元素会生成透明的条带或团块絮状结构沉淀下来。不然的话,我们地球上的单质和化合物将从何处而来呢?

母恒星安稳地生存了12亿年后,步入到晚年期。此时母恒星消耗了约3个太阳的质量,它们中有1/2质量以光的形式辐射到太空,约1/2质量以氢气,氦气,各种微子,少量质子和α粒子及微量重元素的形式进入过渡层,其中部分挤出光球层,向色球层日冕层扩散。母恒星内部失去质量以后压力减小,同时核反应的烈度与支撑力也大不如前。由光球层与过渡层构成的恒星外壳撕裂并突然向内崩塌,瞬间,超新星爆发开始。

超新星爆发使母恒星的亮度增大数十亿倍,温度达到1亿度以上,持续时间数天到数周后亮度开始逐渐减弱,直至数年到数百年。此过程的质量消耗约为一个太阳质量。留下的超新星遗迹是一个巨大的旋涡体,盘面扩大至半径1亿千米以上。大部分以氢气为主氦气次之,重物质约占原母恒星总质量的1.5%以下,主要集中在旋涡的中心区域,其中也有一些重物质液滴飞溅到旋涡的外围。大量的氢气和少量氦气向整个太阳系太空继续扩散。旋涡物质的温度降至3万度以下时,中心部位的旋转气体开始向内部收缩,质量约为1.5倍太阳质量,经过大约1千余万年时间,演化成我们今天看到的太阳模样。

超新星爆发飞溅出去的高温液滴中,有一滴是我们的地球。它在旋涡中运转,吸附了大量的氢分子气体,吸附的质量约占液滴总质量的1/3,体积增加1倍左右。在吸附气体的过程中开始作慢慢的自转运动,随着轨道阻力慢慢减小,轨道半径渐渐加大,且俘获到只有地球1/81质量的月球作为自己的卫星。此时,整体温度仍在1万度上下,呈等离子态。这是地球的坯胎,或称原始地球。

温度下降,使辐射减弱,球体收缩,降温的速度会愈来愈慢,自转速度却愈来愈快。经过数千万年以后,原始地球的温度降至2000度以下,各种化合物开始形成。地球的化学成分复杂,元素品种多,但含量比例很不均匀。重物质以铁为主,大部分集中在地球中心部位,约占总质量的1/3有余。硅镁硫磷铝等较重元素约占1/3。氧含量略小于1/3,分布于地球各部,除了与各种金属和非金属结合成化合物以外,还有大量的游离氧原子,它以氧分子的形式上升到地球表部,与氢分子结合,产生大量的高温水蒸气。水蒸气充满地球表面,厚度达数百千米以上。其中还有氮原子和氮氧化物,以气体的形式逸出,与氢气结合生成氨气,部分氢氧结合成甲烷。还有碳氧化物以二氧化碳的形式逸出,处于大气的下层。此时,外围的大部分氢气失去引力而脱离地球,蒸发在太空中,而氧气,氮气,二氧化碳气体,氨气,甲烷仍然充余,保留在地球大气中。温度降至1200度以下,地表出现陆地,以铁镁钙铝硅酸盐的结构为主,还有各种氧化物,碳酸盐结构等。以每百年降低一度估算,大约11万年以后,地球温度降至100度以下,水蒸气(含有氨水成分)开始凝结成液态水降落到地面,估计要下5000年的濛濛细雨,地表上形成浩瀚的大海,天空才拨开云雾见到青天,才会皓日当空,明月高照。此时的地球,仍然太热,地壳变迁激烈,温度要降到30度以下,须要数万年到数十万年时间。

地球是宇宙中的稀罕之物,她有下述特点:1,地球质量大小适中,不太大不太小。2,与太阳的距离适中。3,自转轴倾斜角度合适,为22.5度,使地表日照较为均匀。4,自转周期合适(周期24小时),使日夜温差较小。5,化学成分结构以氧硅铁为主,其它各种元素含量比例合适。5,有浓厚的大气保温,不会使球体温度继续下降。6,地表有大量的液态水,可以有效调节气温。以上某一条件不太合适,地球都不会成为今天的模样,当然也不可能出现我们会站在这里。

大约经过4到8亿年的地球演化,虽然陨石撞击和地核活动激烈,地表常有火山地震,熔岩横流,风雨雷电交加,但江河湖海,高山平原,奇峰异洞,岩石泥土,蓝天白云是主要地貌和气象。地球开始进入较为稳定的地质时代。碳氢氧氮磷硫等元素及其化合物为有机物提供原料,出现由蛋白质和核酸构成的原核单细胞结构,它是最原始的生命,是地球上一切生物的祖先。2017年英国科学家在加拿大发现42亿年前微生物化石,属于最早的化石标本。遗传和变异是连续演变的动态过程,推动着生物的不断进化。35到33亿年前地球出现蓝藻,它是原核单细胞含有叶绿素a能进行光合作用的初级生物,能吸收二氧化碳放出氧气。它的大量发展,衍生出约2000种,广泛分布在海水,湖泊,土壤,岩石中,有的甚至可以生活在60到85度的温泉中。蓝藻对改善大气结构有很大作用。绿色生物,消耗地表大量的二氧化碳并产出大量的氧,对动物界的出现和发展创造有利条件。第一个动物出现不超过10亿年前,最早的动物化石距今6亿年。这个时期,出现有细胞核,细胞器分化的真核细胞,地球进入生命大发展时期。动物最早祖先是“海绵”,在地球至少生活了5.6亿年,发展到10000多种。距今5亿年的海绵化石已被发现。单细胞原生动物约有6.8万种,具有运动,营养,呼吸,排泄,循环,感应,生殖等动物机能。体型很小,绝大多数在显微镜下能看到,生存方式是寄生,腐生,共生。正是这些动物的基因在自然选择下,经过不断的演变,数亿年后进化成现代高等智能生命。

简要表述为:从最原始的无细胞结构(病毒)进化为有细胞结构的原核生物,从原核生物进化为真核单细胞生物,然后按照不同方向演化,出现了真菌界,植物界,动物界。动物界从原生动物到多细胞动物,从多细胞动物到出现脊索动物,进而演化出脊椎动物。脊椎动物中的鱼类又演化到两栖类再到爬行类,从中分化出哺乳类和鸟类,哺乳类中的一支进一步发展为高等智慧生物,这就是人。

2010年。我的初稿《宇宙的真谛》付梓印刷的时候,出版部门的总经理问我:“鸡生蛋,蛋生鸡,到底是先有鸡,还是先有蛋?”这个问题似乎与霍金等老一辈科学家提出的“我们从何处来?我们为何在此?”有相同的答案。希望读者从本文中得到启发,不枉来人世。

 

2021,10,06  于浙江