水比你想象的更常见
水在整个宇宙中都很丰富。水的优点在于它的成分氢和氧也非常常见,而且这两种元素非常喜欢彼此结合。氧在其最外层电子轨道壳层中有两个开放槽,使其非常渴望找到新朋友,而每个氢都带有一个备用电子,因此三键是轻而易举的事情。
氢是从大爆炸本身而来的,无论从质量还是数量上来说,它都是宇宙中排名第一的元素。说真的,这些东西无处不在。在 138 亿年的宇宙历史中,每一颗恒星、每一个星际气体云、以及每一个从未知道恒星聚变温度的流浪的星际空间碎片,大约 75% 都是由氢组成的。当我们的宇宙诞生大约十分钟时,氢就开始形成,而所有曾经存在过的氢(除了随机放射性衰变和裂变反应,但那会晚一些)在我们的宇宙转动 20 分钟之前就形成了。
十几分钟,138亿年前。当您用一杯健康的杯子解渴时,您所消耗的就是它。
我们可以理解宇宙历史的这个时代,被称为核合成时代,因为在过去的一个世纪里,我们在处理核反应方面已经变得相当熟练,并且在我们物种的标志之一中,我们已经将这种激进的理解释放到了物理领域。现实的本质并将其用于和平时期的能源生产和战时的炸弹。
我们对核物理学的理解告诉我们,在十分钟之前,我们的宇宙太热、太稠密,无法形成质子和中子。相反,它们的亚原子部分(称为夸克)在核力的漩涡中脱胶,在充满愤怒的胶子海洋中不断地结合和释放,胶子是强核力的力量载体。
一旦宇宙膨胀并足够冷却,质子和中子的凝聚物就会像窗玻璃上的水滴一样形成,这些低能量的小团能够在温度升高的情况下保持在一起。然而,最终,派对一开始就失败了:当宇宙变得太大太冷时,仅仅十几分钟后,没有足够的密度使夸克足够靠近来执行它们的核结合技巧。不过,在那些充满风暴的日子里,一些质子和中子会找到彼此,形成更重的氢、一些氦和少量的锂。
从那时起,那些氢原子就开始在宇宙中徘徊。大多数人迷失在星际废物中,一些人参与了恒星和行星的光荣建设,还有少数幸运者发现自己陷入了与氧气的化学舞蹈中。
氧气在变成水的过程中还有另一个故事要讲,也是一个聚变的故事。但不是大爆炸最初令人兴奋的几分钟的融合,而是星星心中的舞蹈。在那里,巨大的压力和剧烈的温度将氢原子撞击在一起,迫使它们融合成氦,在此过程中释放出几乎微乎其微的能量。但这种强迫婚姻每秒发生数百万次,在宇宙中散布的数万亿颗恒星中的每一颗中,都足以照亮宇宙,让所有有意识的观察者都可以欣赏。
在恒星生命即将结束时,它会转而融合堆积在其核心的氦灰烬。氦的聚变产生两种产物:碳和氧。现在,如果不是恒星生命最后时刻发生的物理诡计,这些氧气最终将永远与宇宙隔绝,被锁在百万公里厚的等离子体墙后面。
我们的太阳总有一天会经历这种命运,距今大约四十亿年了。当它变老和疲倦时,它会肿胀并变红,并在最后一次致命的呼吸时剧烈痉挛。这些巨大的颤抖从恒星中释放出物质,将其发射到周围的系统中,基本粒子的狂风以接近光速的速度流动。太阳将因破碎而失去自我,将其一半以上的质量赶入一片扩展的星云,这是远处的眼睛可以看到的唯一迹象,另一颗高贵的恒星正在与吞噬一切的黑夜进行斗争。
但在那场可怕的死亡中,这是一个奇迹。循环重新诞生:氢和氦,恒星的原始元素,现在与碳和氧混合,飘入星际空间,有一天会参与新恒星、新太阳系、新世界的形成用水弄湿,如果有机会的话,就会有新的生活。