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第4章 金发姑娘1的宇宙元素起源(第5页)

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物理学家们说,重力势能,也就是说,这种由物体在重力场中所处的位置决定的能量转换成了另一种能量形式——运动的能量。

类似地,如果一颗恒星的核心收缩就好像是恒星的引力使无数块百万亿量级的石板瓦加速,这些“瓦片”

的势能也会转换成其他形式的能量,比如热。

然而矛盾的是,在超新星中,恒星核心的内爆反而会将其外壳抛入太空。

也就是在这个时候,霍伊尔开始把在美国获得的各种拼图碎片拼合起来。

正如内爆会引发钚弹的核反应一样,恒星核心的内爆也是如此。

当然,不同情况下的核反应不尽相同,但这并不重要,这种认为内爆会导致核反应的想法在霍伊尔的头脑中点燃了一盏明灯。

[55]超新星爆炸可能是可怕核反应的炼狱,或许这就是自然界中锻造各种化学元素的熔炉。

当恒星核心的燃料耗尽,无法产生足够的热量抗衡重力的挤压时,就迎来了恒星核心灾难性的坍缩。

霍伊尔认为,在濒临死亡的恒星外壳中,坍缩释放出的巨大热量引发剧烈的核反应,从而形成各种元素。

新形成的元素被爆炸抛入太空,丰富了星际气体和尘埃云团中的元素,当这些云团在引力作用下崩解时,就会合并成新一代的恒星和行星。

如果霍伊尔是正确的,那么超新星就是锻造构成我们身体元素的熔炉。

从最轻的氢到最重的铀,自然界中存在的元素共有92种。

曾经有人认为,这些元素都是造物主在造物的第一天创造出来的。

但是,在20世纪上半叶出现了这样一种观点:这些元素应该是后来形成的。

科学家们已经注意到,每种元素的丰富性或稀缺性与其原子核的特性有关。

例如,如果某种元素的原子核比稍轻或稍重元素的原子核结合得更紧密,那么,这种元素的含量会比后两者更丰富。

这强烈地暗示着核进程对于元素的形成发挥了关键作用。

可能性最大的是,宇宙开始时只有最轻的氢元素的原子核,而所有较重元素的原子核都是随后在恒星内部由这个最基本的核构件反复黏合组装起来的。

事实上,巴德在洛杉矶漆黑的天空中观察到的一个重要发现就是,银河系包含两种截然不同的恒星群。

在太阳运行的旋臂(spiralarm)中分布着炽热的蓝色恒星,重元素含量相对较高;在银河系中心则布满温度较低的红色恒星,重元素的含量相对较低。

[5]正如后面将会谈到的那样,蓝色的星族Ⅰ(PopulationI)恒星较年轻,红色的星族Ⅱ(PopulationII)恒星较为古老。

从这些星体中重元素的含量可以看出,随着星系不断衰老,重元素含量也更丰富,这与重元素会在恒星内部不断积累的假设相符。

[56]

合成更重的原子核并不容易,因为要迫使更多的质子聚集在一起,需要克服同性电荷之间更强烈的相互排斥。

克服斥力的唯一方法就是以更快的速度将原子核猛烈地撞在一起。

由于温度是微观运动的量度,这就意味着需要更高的温度。

事实上,制造重元素需要的温度高达数十亿摄氏度。

美国物理学家乔治·伽莫夫(Geamow)正是相信恒星内部永远不可能达到如此极端的高温,所以不得不为锻造元素另寻出路,他声称只有大爆炸的高温符合条件。

但是,1944年,霍伊尔在读巴德的论文时,看到了一个不需要这种替代解释的机会;如果他是正确的,那么恒星内部可以达到的温度至少是太阳中心温度的1000倍——太阳的中心温度约为1000万摄氏度。

在恒星内部,核反应形成元素的次序是很复杂的,霍伊尔根本不了解其中的细节。

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