一部关于宇宙历史的通俗作品《极简宇宙史》，近日由上海三联书店出版社出版。
这本书的作者、法国人克里斯托弗·加尔法德，是剑桥大学理论物理学博士。进入剑桥9个月后，大名鼎鼎的史蒂芬·霍金就邀请他做博士研究生，从事有关黑洞信息悖论、宇宙起源的研究。他还和霍金及其女儿露西·霍金合作出版了一部儿童文学作品——《乔治的宇宙秘密钥匙》，讲述了一个普通少年乔治如何开始对科学感兴趣，并成长为科学家的故事。
霍金的《时间简史》已是全球科学著作的典范，克里斯托弗·加尔法德继承了导师的这一传统，用简单、感性的文字讲述宇宙起源、发展等深奥问题。《极简宇宙史》囊括了迄今为止所有的宇宙学知识，如果你是文科生，《时间简史》也看得懵懵懂懂，那么这本就是专为文科生特供的。有人把这部《极简宇宙史》形容为“一本写给星空的情书”，书里没有图标，除了爱因斯坦那个著名的质能方程E=MC2外，没有其他方程式。全书的开篇是这样的：“夏夜，你躺在沙滩上，仰望夜空。一颗小小的流星安静滑过，还来不及许愿，不可思议的事情发生了：你一下子穿越五十亿年，走进时光的旅行……”《新发现》杂志评价：“可以说这是一部关于宇宙的公路电影，即在茫茫宇宙中的遨游，在宇宙理论世界中的漫步。这同样是一场关于如今解释宇宙两大理论——爱因斯坦的相对论和量子力学——的旅行，让我们用想象重新构造宇宙。”
以下是《极简宇宙史》中有关“太阳”的一章，澎湃新闻获得授权转载。
如果人类能够以某种方式收获太阳在一秒钟内辐射出的所有能量，它就足以满足我们全世界五亿年的能量需求。
你已离我们的恒星越来越近，意识到现在的太阳比你在五十亿年后看到的小很多，那时的太阳已濒临死亡。然而，即便如此，现在的它依然很大。直观地说，如果把太阳缩小到一只大西瓜那么大，我们的小小地球将会处于四十三米之外，而且你需要放大镜才能看到它。
你已经飞到了离太阳表面几千英里的高处。在你身后，地球已成为一个小小的亮点，隐藏于一片星光背景之中。在你前面，太阳占据了一半天空。到处都是等离子体气泡的喷发。几十亿吨红热的物质就在你的眼前爆发，看上去就像被太阳磁场打开的随机圆环，穿过你幽灵般的身体。即使以最苛刻的标准来看，这也是一种无与伦比的景象，看着这种巨大的能量，你不解是什么让太阳这么独特，与地球完全不同。恒星怎么会成为恒星的呢？这些能量从何而来？而这样一个庞然大物又怎么会有死去的一天？
为了回答这些问题，你飞向最险恶的地方：日核，太阳的心脏，太阳表面之下约五十万公里的深处。对比一下，地核大约只有六千五百公里深。
你头朝下跃入这个明亮的火炉，还记得我们所呼吸、看见、触摸或检测到的，甚至构成你自己真正身体的所有物质，都由原子构成。原子是建造一切物质的基本构件。你可以把它们看成是你所在环境的乐高积木。与乐高积木不同的是，原子的形状不是长方体。它们主要呈球形，具有一个紧密的球状原子核和一些微小的电子在远处高速旋转。与乐高相同的是我们可以依据原子的大小将它们分类。它们中最小的一个被称为氢原子。第二小的被称为氦原子。这两种原子加在一起构成了已知宇宙的百分之九十八的物质。的确很多。但与以前比，这个比例现在已经变小了，大概一百三十八亿年前，这两种原子几乎构成了宇宙中所有的已知物质。今天我们可以看到的除了氢与氦之外的原子还包括氮原子、碳原子、氧原子或银原子等。它们显然是后来才出现的。这个过程是什么样的呢？你要去寻求答案。
随着你在太阳中越潜越深，温度变得越来越高，热得难以想象。当你来到日核时，温度大概是一千六百万摄氏度，甚至更高。到处都有足够多的氢原子，虽然它们都已被周围的高能量剥光：它们的电子已经被松开，只留下孤独的原子核。这儿的压力非常高，原子核们被整个恒星加于自己核心的重量压迫着几乎无法动弹。这还不够，它们还被迫彼此融合，变成一个更大的原子核。这一切就活生生地在你眼前发生：热核聚变，一个用较小的原子核产生较大的原子核的过程。
原子核们一旦生成，在离开诞生它们的火炉时，这些较重的原子核与那些被剥离氢原子核而独自作着自由运动的电子们结合到一起，成为新的更重的原子：氮原子、碳原子、氧原子、银原子……
热核聚变反应（以小原子创造大原子）能够发生的一个必要条件是巨大的能量，太阳压倒一切的自身引力就是这种巨大能量的来源。这个引力将一切物质拉向太阳的核心，以巨大的压力挤压它们。热核聚变反应无法在地球表面（或内部）自然发生。我们的行星体积太小，而且不够致密，因此自身引力不足以让其内核达到足以触发热核聚变反应的温度和压力。在定义上，这就是行星与恒星的主要差别。两者都是大致呈球形的天体，行星的体积和质量基本上都比较小，有着岩石内核，有时候外面包裹大气。而恒星可被视为巨大的热核聚变反应工厂。它们的引力能量大到可以凭借自然的力量在其内核将物质压缩以产生新的物质。地球上所有的重原子，生命所必需的所有重原子，包括构成你身体的所有重原子，都是在某颗恒星内部被创造出来的。当你呼吸时，你吸入它们，当你触摸自己的皮肤或者别人的皮肤，所触到的都是星尘。你早先疑惑为什么像太阳那样的恒星在寿命将终时会死亡和爆炸，答案就在这里：如果没有这种结束，构成我们的物质将无法被释放。地球也无法诞生，生命无法形成，世界中将只有氢原子与氦原子存在，被锁定在永不死亡的恒星内部。
从另一个角度看，因为构成我们的并不只是氢原子和氦原子，我们的身体、地球和周围的一切都含有碳原子、氧原子和其他原子，所以我们能够以此推断太阳是一颗第二代甚至第三代恒星。第一或第二代恒星已经爆炸过，它们的星尘才变成太阳、地球和我们。那么，是什么原因造成了它们的死亡？为什么那些恒星会以这种惨烈爆炸的方式结束自己闪亮的一生？
核聚变反应有一个神奇的特点，不管反应开始时需要多少能量——整个恒星的重量！——反应一旦开始，就会释放出更多能量。
这背后的原因看起来让人难以相信，实际上它就发生在你眼前，除了相信，你别无选择：当两颗原子核融合在一起变成一个更大的原子核时，它们的一部分质量消失了。聚合而成的新核比创造它的两颗旧核的总质量来得轻。这就像你将一公斤香草冰淇淋与另一公斤同样的冰淇淋混合在一起后，你得到的不是两公斤冰淇淋，而是少了一些。
在日常生活中，这种现象不会发生。然而，在原子核的世界，这是寻常事儿。对于我们来说幸运的是，这些质量并没有凭空消失，而是转化为能量，爱因斯坦著名的质能转换方程E=MC2给出了这种转化的兑换率。
在我们的日常生活中，我们对兑换率的概念更多被用于不同货币之间，而非质量与能量。所以，要理解E=MC2这个自然界的兑换率是否公平，就要把它想象成在纽约肯尼迪机场将英镑（最初的质量）换成美元（用质量换来的能量）。兑换率就是C2，C代表光速，C2代表将光速乘以它自己。一英镑可以换到九亿亿美元。我觉得这是一个很好的生意。事实上，这大概是自然界里最好的兑换率了。
显然，在每次核聚变反应中两个原子核融合后失去的质量非常小。但在太阳内部，许许多多原子同时发生融合，这样释放出来的能量就相当巨大。这些能量必须找到一个出口，因此它们往外扩张，以各种可能的方式离开日核。最后，这种核聚变产生向外扩张的能量与引力带来的向内压缩的力量平衡，令我们的恒星拥有一个稳定的大小。如果没有这种能量释放，只有引力作用，太阳就会塌缩变得很小。
核聚变释放出巨量的光和粒子，这些光与粒子又将它们周围的一切都剥离成原子核与电子。这种原子核与电子分离的物质状态被称为“等离子体”。
这种光、热与能量的大规模释放就是恒星之所以发光的原因。
作为恒星的太阳并不是一个巨大的燃烧火球——火焰燃烧需要氧气，虽然太阳会创造出一些氧原子以及其他重原子，但外层空间里没有足够的游离氧气来支撑哪怕最小的火。在太空里，你永远擦不着一根火柴。与天空中所有的恒星一样，太阳是一大团闪闪发光的等离子体，一个由电子、失去了部分电子的原子（它们被称为离子）、失去所有电子的原子（仅剩下原子核）所组成的炽热混合物。
只要太阳核心处还有足够多的微小原子核可以压缩融合，太阳的引力与聚变反应能量之间就能维持平衡，我们就能足够幸运地生活在一个处于这样状态的恒星边上。
事实上，这和运气也没什么关系。
如果我们的太阳不处在这样的状态，我们也将不复存在。
现在你已知道，太阳不会永远处于这种状态：我们恒星的内核有一天会用光它的聚变燃料。当那天到来时，内核不再有足够的向外辐射来对抗引力。引力将打破平衡并引发我们恒星的最终一系列反应：太阳将塌缩而变得更紧密，直到核聚变再次被点燃，但这次核聚变发生的场所将不再是内核，而是发生在离表面更近的地方。这时再次开始的核聚变将无法与引力平衡，而是超过引力，太阳表面将被推开，令恒星体积变大。你已经在通向未来的旅程中见过这一幕。能量的最后释放预告着你已见过的恒星死亡的开始，太阳将自己一生所创造的各种原子喷向太空，同时，还创造出更多、更重的原子，如金原子。最后，这些原子与周围其他死去的恒星残骸混合在一起，变成星尘，形成巨大的星云，或许，在很远很远的未来，又成为新世界产生的种子。
科学家们通过估算太阳内核中氢原子的含量来推测这次爆炸将会发生的时间，计算结果是：太阳的爆炸将发生在五十亿年后的某个星期四，前后误差各三天。（文/林夏）
转自澎湃新闻：http://www.thepaper.cn/
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