第四章太阳的年龄和能量之谜   《圣经》中记载:上帝说要有光,于是宇宙中就充满了光明。上帝认为要有日月星辰,天空中就出现了太阳、月亮和群星。此后,上帝又创造出人类的鼻祖——亚当和夏娃,以及形态各异的动植物。   无神论者对上帝创造宇宙最有名的批驳是:为什么在日月星辰这些发光体诞生前光就存在了?光是谁发出的?太阳系的年龄究竟有多大?   我们知道,树的年龄可以从年轮的条纹数来确定;马的年龄可以从它们的牙齿来数出,如果太阳系中也存在与上述类似的有助于确定其年龄的某些标志或迹象,我们就能够知道太阳系的年龄。1847年,德国物理学家迈尔提出“能量守恒定律”。能量既不能无中生有,也不会凭空消失,它只有从一种形式转化为另一种形式。   那么,太阳的能量是从哪儿来的呢?   假定太阳是一大堆普通的火,而它完全由碳和氧组成,那么为了维持它目前的发光速率,这堆巨大的混合物只消几千年就会焚烧殆尽。   另一种可能是陨星撞击太阳时的动能转化成热和光。倘若事实果真如此,那么由于陨星的积累,30万年后太阳的质量就会增加1%。这样它的引力就会逐渐增强,地球的公转就会因此而变快,地球上每一年时间的长度就会比前一年缩短2秒钟。可是实际上并没有发生这样的情况。   此后,科学家设想太阳本身的物质在向中心沉落,因此太阳在不断收缩。向中心运动的能量将转化为热和光,而且太阳的质量并不改变,也不会影响地球年的长度。假定开始时太阳的物质布满了地球轨道以内的整个空间,那么经过1800万年,它就会缩成目前的大小。科学家断定,地球一定在1800万年之前就从当时那个“胖”太阳的表层物质中形成了。   然而,地质学上的许多证据却表明,某些地质变化经历的时间远远超过1800万年。这又是怎么一回事呢?   1896年,法国物理学家贝可勒尔发现了“放射性”,它与原子核的变化有关。不同的原子核拥有不同数量的质子和中子。由一种原子核变成另一种原子核的过程叫做“核反应”,由此产生的能量就是核能。   1905年,德国物理学家爱因斯坦提出了“狭义相对论”。它有一个结论:质量乃是极端集中的能量形成,很少的质量就能转化为巨大的能量。假如太阳的能量源自某种核反应,那么为了确保它像现在这样发光,就必须在每一秒钟内将460万吨物质转化为能量。这个数字听起来好像很大,但是与太阳本身的巨大质量相比却微不足道。因此太阳有生以来差不多一直就像今天一般大。   放射性还可以用来测定地球的年龄。例如任何数量的铀都要经历45亿年才会有一半衰变为铅,因此测定一块含铀岩石中有多少铅,就可以推算出组成该岩石的那些铀原子的衰变过程已经持续了多久。   现在看来固态地壳大概已经存在了46亿年。在此以前,地球可能是正在缓缓凝聚的物质,也可能以熔岩的形式存在。   太阳的年龄至少也得像地球一般大,或者还要更老一些。核能是否能在这么长的时间内始终维持太阳的光和热呢?倘若能够的话,它的核燃料又是什么?是铀的放射性衰变吗?   天文学家们在研究太阳的光谱线时发现,太阳大约有71%是氢,27%是氦,所有其他元素的含量都微乎其微。因此,太阳的能量来源必定涉及氢与氦的变化,其他任何元素的含量都太少,都不足以满足这方面的要求。   氢原子核就是一个质子。氦原子核由2个质子和2个中子组成。4个氢核可以通过“核聚变”而合成一个氦核(当然,这时就会有2个质子转变成为中子)。氢弹的能源正是这种聚变过程。如果它也是太阳的能源,那么我们就可以把太阳看成一个硕大无比而永远在爆炸着的氢弹。不过,它自身的强大引力使它不至于被炸得粉身碎骨。   如果太阳在一开始时是纯氢的,那么它大约要花200亿年的时间才能形成目前这么多的氦。不过,天体物理学家们已经证明,太阳在一开始就含有相当数量的氦,由此推算出它的年龄是50亿岁左右。   科学家估计,再过50亿年,太阳的大部分氢会聚合成较重的氦,氦需要更高的温度才能聚合成碳,因氦较重,其引力会更强,使太阳中心压力加高,当气体压力增高时,按气体定律,温度就会自动提高,当太阳大部分是氦时,其中心温度会增高到现在的10倍,达到1亿度时,氦就聚合成更重的碳,然后因引力会产生更高的温度而将碳聚合成氮。如此重演累进到氧等更重的物质,一直到铁,在高温中所有物质都成为气体。   当太阳的氦开始聚合时,它将成为一个巨大的氦原子弹而爆炸,使直径扩大一百多倍。因膨胀过大,其表面温度反而会降低,使太阳表面的颜色从现在的高温白色变成低温的红色,成为一颗“红巨星”。一旦太阳没有热能来源时,它会开始冷却坍缩,坍缩到最后会使太阳中心具有很高的压力。高到将原子外层电子壳压溃,使电子不再在核子外旋转,电子与核子成为没有规则结构的高密度混合物,这时太阳就成为一颗“白矮星”,以后渐渐冷却暗淡,成为“黑矮星”。至此,太阳的活动就彻底结束了。   如果一颗恒星有10倍太阳的质量,聚合过程中温度会升高得很快而引起“超新星爆炸”,大爆炸的中心会形成一个密度极高的中子星。如果一颗恒星有太阳30倍以上的质量,大爆炸的中心则有可能形成一个黑洞。   当太阳成为一颗红巨星时,它的直径增加到现在的一百多倍。从地球上看,白天太阳几乎占满了天空,这情形是很吓人的。虽然太阳表面温度低了一些,但因太阳面积增大了几万倍,离地球又近,太阳照到地球上的能量过多使地面太热,地面的水变成蒸汽,海洋成为沙漠,人类就不可能生存了。   关于太阳年龄能量的研究还在进行,科学家的推论还必须经过实践的检验,到底太阳会不会消失,地球最后还能不能适合人类居住,一切还有待科学的进一步发展去揭开谜底。

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