《宇宙与人》解说词 (2009-10-03 00:37:53)
物质的宇宙能够演化出生命，目前我们惟一所知道的就是我们自己的太阳系，但准确地说，生命很吝啬地只选择了它的第3颗行星———地球，生命在这颗星球上诞生并且改造这颗星球长达近40亿年。从生态上看，地球的美丽是独一无二的，然而今天的地球因为有了人类，就不仅是生态星球，同时还是一颗文明星球。
地球上惟一直立行走的智能生物———人类，今天已经非常轻松地生活在这颗行星上，但是，从古老文明走到现代文明，人类付出了巨大的代价。而二者之间的跨越的关键，恰恰要取决于人类认识宇宙的深度。
望远镜的原始创意
尽管有很多史前文明都显示了人类认知宇宙的兴趣，但在中国四川西部三星堆发现的3000多年前的青铜器，大概是表现得最执著的了。这是一个向往飞翔的古老集体，鸟是他们普遍的偶像，鸟的眼睛被深深地崇拜着，而他们自己的眼睛，更被夸张地塑造了。这可能是人类最早的期望通过眼睛这个器官的延长，而求索宇宙的向往，这也许是望远镜的最原始的创意。
事实是，这种愿望终于在400多年前得到了实现。人类的眼睛真的延长了，望远镜给人类文明所起的作用，可以说超过一切其它单件的工具，因为没有它，就没有可能了解天体的基本运动，也就没有对神的勇敢的否定，就没有可能在天体的观察中得到的牛顿定律，也就没有以这个定律为基础的现代工业社会。人类在400多年前通过望远镜在宇宙中获得了驾驭物质的法则，于是，我们的生活就从此日新月异。
太阳是我们拥有的一颗恒星。今天，人类对宇宙已经看得更远，理解得更深刻，这种理解使我们已经能够认识宇宙作为一个整体的物质运动，并且更加明确地认识到我们是物质运动的结果，而宇宙中的星辰，就是全部物质运动的最重要的动力。
我们把自己拥有的一颗恒星叫做太阳，它的光辉对地球的生命是最根本的，阳光在地球表面已经掠过了40多亿年，今天的生态就是纯粹阳光的塑造，这种塑造使得地球拥有了一个长达40亿年的生命链，这个链条其实就是固体的阳光，因为生命的本质的含义就是把光能变成物质的新陈代谢。
现在，我们可以精确地知道，这颗价值非凡的发光体非常的巨大，它的直径相当于110个地球，它的表面是6000度的高温，经过一亿五千万公里空间的传输，地球只得到它的光辉的5亿分之一，但这已经足够了。
它的质量相当于33万个地球，但尽管这么大，如果全部是煤，发出同样的光和热只能烧几千年。然而，它稳定地烧了50亿年，是什么东西这么经烧呢？
人类的燃烧概念是火，用一堆树枝燃烧几个小时，这就是我们的获取能量的概念。这个基本的方式一直主导着人类的文明，但这种燃烧根本没有使用宇宙中真正的能量宝库———原子核，在本质上，木头的燃烧只是原子们互换位置放出一些化学能，燃烧后，原子核的质量一点没有减少。
而太阳的燃烧和篝火原理完全不同，它在让原子核燃烧。爱因斯坦用著名的质能转换的公式计算出，核能量能达到普通化学能量的2000万倍。宇宙中最高效的核能是氢聚变成氦，也就是4个氢原子聚变成一个氦原子，这个过程可以有千分之七的物质转换成能量，虽然只有千分之七，但物质的能量太大，如果把1000克氢原子中千分之七的物质转换成能量，就相当于4000吨石油和6000吨煤。
在一节只能烧几分钟的树枝中所蕴藏的核能，足以把一盏100瓦的灯泡点亮100万年。
太阳就是一个奢侈的使用核能的天体。
宇宙的物质结构
那么，怎样才能燃烧原子核呢？这就要看我们宇宙的物质结构了。物质本身没有行为，而物质中蕴含了4种力却决定了宇宙的一切。其中最强的是强力，它存在于强子之中，核能就是靠它产生的，但这种力只在原子核的直径范围起作用，所以，产生核能就必须让它们相互接触，也就是核聚变。
核聚变必须有中子，而另一种弱力，能使质子衰变成中子，并释放出射线，这个力是核聚变不可缺少的。
而能否使核聚变发生，关键却在于电磁力，它比强力弱100多倍，不过它延伸得比强力远，所以一般情况下强力被电磁力封闭着，如果突破不了电磁力，就不会有核聚变。其实电磁力是一种非常温和而美好的力，它天生就有正和负，永远不会过分，所谓阴阳生万物，因此它就构成了宇宙中最丰富的物质演化，包括生命。
引力是最弱的力，在单个原子中比电磁力弱几万万亿倍，但宇宙对它几乎没有限制，因此它将会以多胜少，最终统治宇宙。
构成我们生命的主要是电磁力，强力和弱力被封闭着，而引力在我们身体中可以被忽略，但我们的身体却能感觉到地球的引力，因为引力会随着物质的增大而显示出来。我们举起重物时，就是肌肉中的电磁力在和地球的引力做抗衡，人们很多的锻练方法，就是用地球的引力来增长我们肌肉中的电磁力的能量。
是引力最终打败电磁力，是当一个物体变得像太阳这么大的时候，这不仅能控制地球围绕它旋转，同时它的每个原子的引力都向中心塌缩并输送压力和热量。而由于太阳的质量巨大，因此它的引力就可以积累到极高的温度，温度越高，原子核运动速度越快，当达到1000万度时，原子核的电磁力将无法阻挡高速奔跑的原子核相互碰撞的力量。于是原子核的强力终于在瞬间的结合并让物质释放出巨大能量，这就是核聚变，是太阳以及宇宙中所有恒星诞生的方式。
人类非常羡慕这种能源，但是目前只能破坏性地使用，这就是氢弹，一朵这样的核聚变云能轻易地抹平一座几百万人的城市，也许宇宙中所有的智能文明都要经历这样的考验：道德水平是否可以达到安全地使用宇宙中最强大的能源的程度。人类正在尝试能够把核能的破坏性变成建设性。
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。
太阳系的构造
超新星的爆炸使物质摆脱了引力的束缚，但铁元素的核却坠入引力的深渊，巨大的塌方把电子都压进了质子，于是质子全变成了中子，而中子之间没有电磁力的排斥，原子核可以相互紧紧地挨在一起，这就形成了最致密的物质———中子星。它1立方厘米的质量能达到10亿吨，而它引力强大到让光都要成抛物线才能挣脱。
把一个几百万公里直径的物体压缩成只有30公里的直径，就是中子星，而同时被压缩的还有磁场。这是一个匪夷所思的超高能核电站，它可以把表面附着的电子像高压水柱一样喷射出去，它们所具有强烈的方向性可以成为宇宙定位的灯塔。十几年前，人类寻访外星生命的一艘飞行器上所携带的人类的自我介绍，就是用多颗中子星为地球做定位。
一些大的超新星爆炸之后，将会产生引力的奇迹———黑洞，巨大的引力把物质化为无形，因为连光都要被吸回它的表面。如果把地球压缩成一个核桃，就是黑洞，因为地球其实是一个强力和电磁力支撑的物体，如果把原子核都毁灭了，地球就将成为几厘米直径的浓缩引力的载体，黑洞的存在已经被证实。
超新星是宇宙中4种力配合的杰作，它们共同建造一个巨大的原子锅炉，然后以锅炉的崩溃所激发的能量完成所有元素的制造，并且在最后的瞬间把元素都彻底地抛洒出去。正因为有这种抛洒，物质才有可能演化，否则，就像有钱不去投资，再多的财富也将没有任何意义。恒星以自身的毁灭，造就了宇宙中最伟大的新生。
在超新星的物质弥漫之后，引力将会再次把这些物质凝聚成天体，大的塌缩成恒星，小的形成行星，如果这颗恒星有较长的寿命，而它的周围有若干合适的行星围绕，那么这个长寿的核能和比较靠近它的行星上丰富的宇宙元素的光和热交流，就可能最终产生宇宙中最复杂的物质形态——生命。
不过，恒星远不是一颗完全慈善的能源，它是核能而不是简单的火炉，它的光辉中有一半以上都对生命有严厉的伤害，一些高能射线会破坏生命的分子结构。因此，生命必须生存在一颗既能得到恒星的能量，又能排除它的伤害的星球上。
