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第三章.原子的旋律 |
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如果自然深处发生的事情的複杂性,对最聪明的大脑来讲都难以理解的话,那麼, 我们怎麼可能去设想这些事情是一个偶然或者碰巧发生的呢？ 物理学教授－保罗.戴维斯31 根據科学家们的估算, 创世大爆炸是在170亿年前发生的°正如我们在以前的章节所说过的那样, 宇宙萬物是“从无到有” 的, 並在一種绝妙的平衡中形成的° 然而, 创世大爆炸之後出现的宇宙跟现在地宇宙之间大大的不同° 例如, 在前一章我们说过, 假如四種力的本质有任何不同的话, 那麼, 组成宇宙的将只是辐射° 在这種混乱的充满辐射的宇宙裏, 银河系、星星、卫星和人类等是不会出现的° 由於这四種基本力被创造的相当完美, 在创世大爆炸後, 今天被人们称为“物质” 的基本成份－原子得以出现° 依照科学家们所达成的共识, 在创世大爆炸之後的第一个14秒裏, 宇宙的最简单的两个原子开始形成：氢和氦° 在创世大爆炸之後, 宇宙的温度迅速下降, 物质快速四处散落的过程中, 氢和氦原子得以出现° 换句话说, 创世大爆炸之後出现的“第一个宇宙”, 仅仅是有氢和氦为主的“氣团”° 假如宇宙一直处於这个状态的话, 生命是不会出现的° 当然, 星星、卫星、石头、土、树木和人类也不会出现° 宇宙只会是个由两種氣组成的一个死宇宙° 那麼, 这个仅仅由氣構成的宇宙裏, 怎麼会形成所有生命的基本成份－碳呢？试图解答这个疑团的20世纪的科学家们遇到了一个驚人的发现° 元素的结構
在原子核裏, 除了质子之外, 还有一个被称为中子的成份° 中子不带电°原子的第三个组成成份是带负电的电子° 和其他两个成份相反, 电子的位置不在原子核裏° 在每一个原子裏, 质子的数量和电子的相等° 由於它们携带的正负电, 电子受到原子核裏的质子的吸引, 但由於它的旋转速度不被吸引到原子核裏° 正如刚才我们所提到的那样, 元素是根據原子的结構来区分的° 一个氢原子和铁原子之间的区别在於前者的质子和电子数是一个, 後者的是二十六个° 在正常的自然条件下, 元素之间的转换是不可能的° 这是因为一个元素要被变成另外一種元素的话, 它们原子核裏的质子数必须发生变化才行° 然而, 把质子连接在一起的是世界上最强大的原子动力, 所以, 只有在发生“核反应” 的时候, 质子的位置才会发生变化° 不过, 在自然的条件下发生的核反应的全部,只限於电子之间的转换, 是对原子核不产生影响的化学反应°炼金术是中世纪很时髦的行当° 由於当时的金匠们不懂上述的道理, 一直热衷於把铁转换成金子° 然而, 这在地球的环境裏是不可能的, 因为这種转换只能在超强的温度裏才会实现,而且, 这種温度只有在星星裏存在° 炼金中心：红色巨星 元素之间发生转换需要的温度是一千萬度° 所以说, 真正意义上的“炼金术” 只会在星星上发生° 像太阳这样中等大的星球上, 氢被不停地转换成氦, 所以, 它的高能量得到了释放°瞭解这些基本知识後, 让我们回过头来, 再会想一下创世大爆炸吧° 我们曾说过, 在创世大爆炸之後, 在宇宙存在氢和氦° 天文学家们认为, 这些有氢和氦组成的巨大的雲, 在被制定好了的环境下, 相互挤压形成了太阳这样的星球° 即便是这样, 宇宙裏依然是氢和氦氣团構成的死宇宙, 应该有另外一道工序把它们转变成重元素° 这些重元素的生产中心是比太阳还要大50倍的巨星°这些巨星比太阳这样的正常星球的温度还要高° 由於这个原因, 它们承担了别的星星作不到的事情：把氦原子变成碳原子° 当然, 这个转变过程並非那麼简单° 拿美国天文学家格林斯坦话来讲, “在这些星星的深处在发生着一个超乎绝伦的一个工序°” 32
爆炸之後使宇宙裏出现重元素的最基本的“炼金” 过程°但需要立刻指出的是, 氦原子並非像磁一样来到一起後会紧紧贴在一块° 三个氦原子弄到一起会形成碳原子简直就像不可能发生的事情° 那麼, 碳原子是如何出现的呢？ 这是一个有两个过程的工序° 先是两个氦原子结合在一起, 这样就出现了拥有4个质子和4个中子的一个“过渡结構”° 当第三个氦原子和这个过渡结構结合後, 就会出现拥有6个质子和6个中子的碳原子° 这个过渡结構被称为“铍” ° 这種在红色巨星裏形成的铍拥有4个质子和4个中子° 然而, 这个铍和世界上存在的铍之间有结構上的不同, 它的中子数比位於元素週期表裏的正常的铍元素少一个° 而在红色巨星裏形成的铍则是它的另外一个翻版, 在化学裏被称为铍“同位素”°令那些研究这个问题多年的物理学家们感到震驚的是,这个在红色巨星裏形成的铍的同位素相当地不稳定, 以至於在形成後的0.000000000000001秒後分裂！那麼, 这个在形成的时候便消失的铍同位素的旁边怎麼会碰巧来一个氦原子和它结合而形成碳原子呢？ 这種巧合的发生好比在0.000000000000001秒的时间裏,先後被抛出的两个砖上面在添一个砖後形成一个建築那样的不可能° 那麼, 这个工序在红色巨星上是如何发生的呢？十多年来, 世界上的物理学家绞尽脑汁也找不出答案来° 第一个对此问题照明了方向的是美国天文物理学家爱德文.沙尔彼得°
他用“共振” 的概念对此进行瞭解释° 共振和“双共振” 共振是指两種物质的频率相互吻合的现象° 物理学家们为瞭解释共振, 尝试了许多例子, 秋千便是其中之一° 举例说明的话, 带孩子去公园荡秋千时, 如果推均匀並在秋千正好荡到您跟前时推它的话, 秋千也会一前一後均匀地运动, 但是, 如果您在秋千还没有到您跟前就推它的话, 那麼, 秋千的平衡就会受到破壞° 如果在秋千離开时, 再想推它是无济於事的, 因为秋千已離您远去, 只会推个空° 如果我们把这个大家都有经历的现象用物理术语进行说明的话我们必须使用“频率和谐”, 即共振这个概念° 秋千就有一个频率° 如果它在每1.7秒荡到您跟前的话, 那麼, 您必须在每1.7秒用手推它° 假如您推秋千的速度更快的话, 那麼, 您必须在每1.5或者每1.4秒推它° 如果, 您保障不了这个频率的话, 那麼,秋千就荡不成了°33共振不仅会使两个运动中的物质实现和谐, 有时, 还能使静止状态的物质活动起来° 这種例子可以在乐器裏找到, 被称作“音响共振” ° 比如, 两个调音一致的手提琴, 您如果动它们当中的如何一个, 另外一个马上会发生共鸣°34 在秋千和手提琴这两个例子裏, 您所看到是普通的共振现象, 容易撲着到° 不过, 在物理学裏的某些共振就没有那麼简单了° 特别是原子核之间的共振是建立在非常微妙均衡之上的°在每一个原子核裏都具有一个能量水平° 物理学家们是在很长的研究之後, 才发现这个现象的° 被发现的这个能量水平是各不相同的° 在某些罕见的情况下, 人们探测出, 在一些原子核之间发生了共振现象° 正是由於这種共振, 原子核运动保持了和谐° 这对影响原子核的核反应起到了帮助作用°35 对在红色巨星上, 碳是如何形成的这个问题进行研究的沙尔彼得认为, 在氦和铍元素的原子核之间有某種共振° 他指出, 正是在这種共振的作用下, 氦原子具备了製造铍原子的绝佳機会,因此, 在红色巨星上发生的反应可以用这个方式得到解释° 然而,人们在这个问题上做的计算却未能证实沙尔彼得的断言°对这个问题进行了深入研究的第二个人物是著名的天文学家弗莱德.霍伊尔° 他在共振的问题上更进了一步, 提出了“双共振” 的概念° 根據霍伊尔来看, 在红色巨星上, 不仅有一个使两个氦原子变成铍原子的共振, 还有一个给这種不稳定的结構立刻添上第三个氦原子的第二个共振° 没有人相信霍伊尔, 因为在一个原子上发生一次共振的可能性微乎其微的情况下, 在这種共振发生两次简直是不可能的° 经过多年的研究和计算, 霍伊尔终於把无人相信的事实摆在了人们的面前：在红色巨星上的確存在“双重共振”° 当两个氦原子在共振的情况下结合到一块时出现的铍, 在0.000000000000001秒时间裏, 和另外一个氦原子在发生一次共振後, 就变成了碳原子° 乔治.格林斯坦在指出这个“双重共振” 是个奇妙的機制时说： “在这个碳原子的形成过程中,有三个不同的结構（氦、铍和碳）和两个互不相同的共振° 我们难以理解原子核裏的运动为何这麼和谐..在别的核反应裏不存在如此好运的碰巧的连锁反应..这好比在一辆自行车、汽车和卡车之间寻找深厚複杂的共振那样不可思议° 为什麼这種互不相干的结構之间会有如此的和谐？我们和宇宙裏的所有生命的存在, 均是在这種绝妙的工序中成为可能的°” 36
在这以後的年代裏, 科学家们发现, 像氧这样的元素也是在绝妙的共振裏出现的° 第一个发现这些“绝妙工序” 的霍伊尔在其名为“银河系、原子核和类星體” 的著作裏得出了这是个被计劃好的工序的结论° 虽然他是个唯物主义者, 他承认他所发现的双重共振是个“被安排好的工序”°37.在另外一篇文章裏, 霍伊尔写道：“如果您想通过星星原子核结合的方法製造碳或者氧的话, 那麼, 需要调试有两个不同程度的水平, 而这種调试只在星星上存在..如果把一切事实用智慧过虑一下的话, 我们得承认一个‘无上的的智慧对物理、化学和生物进行了干涉’° 根據计算得出的数據是那麼的不可思议, 使得我不知不觉地承认这个结果°” 38 霍伊尔在强调别的科学家不会对这个事实视而不见时说： “对这些证據进行过研究的科学家, 不会得不出下麵这个结果：如果纵观星星上发生的转换结果, 不难看出, 物理规则是被有意识的制定的°” 39 科学家们遇到的这个明明白白的真理, 在1400个年之前,在古兰经裏就有记载° 真主在启示裏是这样阐述创造天时的和谐的： “难道你们没有看到真主怎样创造七层天？” （努哈..章, 第15节） 小炼金中心：太阳
以上我们所讲述的氦和碳的转变是红色巨星的炼金术之作品° 在太阳这样的更小的星體上有规模更小的炼金工序° 就像我们在开头所说的那样, 太阳把氢原子转变成氦原子, 通过核反应获取这種能量° 太阳上的这種核反应对我们的生活是必需的° 太阳上的核反应和红色巨星上的核反应一样是被“事先安排好了的” ° 在前面我们说过, 核反应的第一个元素是结構最简单的氢元素, 其原子核裏只有一个质子° 在氦原子的核裏有两个质子和两个中子° 在太阳上完成的工序是把四个氢原子结合到一块组成氦原子° 在这个结合过程中会释放出超强的能量° 来到世界的温度和光能的幾乎全部来源於太阳内部发生的这種核反应° 正如在红色巨星上发生的那样, 太阳内部的核反应也是意想不到的一个工序° 任意旋转的四个氢原子碰到一块形成氦原子是不可能的° 因此, 如同在红色巨星上发生的那样, 它的形成有两道工序° 首先两个氢原子结合到一起形成一个拥有一个质子和一个中子的“过渡结構” ° 这个过渡结構被称作为“重氢核°”
太阳裏的敏感反应： (1）在太阳上, 四个不同的氢原子核组成氦原子° （上图）(2）不过, 它的形成有两道工序° 首先两个氢原子结合到一起形成“重氢核” （下图）° 这个转变缓慢形成, 从而使太阳慢慢地燃烧° (3）假如强核动力再强一点点的话, 那麼, 在太阳裏会出现双质子（如旁页上的图）, 太阳在这種情况下, 会完全发生变化, 会使太阳在幾秒钟裏爆炸並让地球在幾分钟内烧成灰烬° ”
那麼, 让两種原子核粘在一起的力量是什麼呢？这便是在前一章我们说过的“强核动力”° 这是宇宙裏的最大的物质力量° 比引力还要大十亿乘十亿乘十亿乘十亿倍° 在这麼超强的力量作用下, 两个氢原子核粘在了一起°不过, 研究结果表明, 强核动力只够做这个事情° 假如这種核动力弱一点点的话, 那麼, 它不可能把两个氢原子核粘到一块° 遭遇的两个质子会相互排斥, 从而, 在太阳上发生的核反应还没有发生就会结束° 乔治.格林斯坦在揭示这个真理时指出, “如果超强的核动力哪怕是弱一点点的话, 那麼, 照亮世界的光是不可能出现的°”.40 那麼, 这種超强的核动力再强一点点的话, 会怎样呢？在解答这个问题之前, 让我们先来看一看两个氢原子变成重氢核的过程吧！这个过程裏有两道工序：先是一个质子释放能量变成中子, 然後, 这个中子跟另外一个质子结合後形成重氢核° 促成这一结合的是我们提到过的超强核动力° 使质子转变成中子的力则不同, 它便是“弱核动力”° 弱核动力把一个质子转变成中子需要10分钟的时间° 这在原子水平上是个很长的一段时间, 使得太阳的核反应“缓慢的” 发生°现在瞭解这些知识後, 让我们再来问一下同一个问题：超强的核动力再强一点点的话, 会怎样呢？如果再强一点点的话, 那麼, 太阳内部的核反应将会是另外一種样子° 因为在这種情况下,若核动力将质子的质量和體积比电子的要大的多, 然而, 有趣的是, 它们的载电量是相同的° 正是由於这个原因, 原子的电荷是平衡的° 会完全失去作用, 强核动力会不经过一个质子变成一个中子所需的10分钟就把良人质子粘到一块, 其结果是产生一个拥有两个质子的单一原子核, 而不是重氢核°
科学家们对这个想像中的结構赋予了“双质子” 的名称°假如强核动力再强一点点的话, 那麼, 在太阳裏会出现双质子,並使“缓慢” 燃烧的太阳结構完全发生变化° 乔治.格林斯坦在描述如果出现这種情况可能发生的局面时说： “太阳在这種情况下, 会完全发生变化, 因为太阳上的核反应的第一阶段不是製造重氢核, 而是双质子° 弱核动力会失去作用, 只有核动力会发挥作用..这種局面下, 太阳的燃料会瞬间变成燃量更大的燃料, 以至於会在幾秒钟裏把太阳和其他和它类似的星體烧成灰烬°” 41 随着太阳的毁灭, 幾分钟後, 整个地球和它上面的所有生命会被火焰淹没, 蓝色的地球会被烧成黑炭状° 不过, 由於强核动力的水平正好在其应有的水平上, 所以, 太阳上的核反应会均衡的进行, “缓慢地” 燃烧° 所有这一切都表明, 强核动力的力度是根據人类的生存需要而被事先安排好了的° 假如这種调解发生一点点的偏差的话, 像太阳这样的星體要麼不会存在, 要麼在形成之後就会毁灭的° 换言之, 太阳之结構的安排既非偶然, 又非毫无目的° 正相反, 正如真主以“日月是依定数而运行的” (安莱哈曼. . 章, 第5节)这个在古兰经裏的启示那样, 太阳是为了人类的生存而被特别创造出来的° 质子和电子 到目前为止, 我们瞭解了对原子核产生影响的力量平衡°不过, 原子内部还存在着另外一个更重要的平衡° 这便是原子核合它之外的电子之间的平衡° 我们都知道, 电子围绕原子核旋转° 这是由於电子带有负电荷原因所致° 所有电子带有负电荷, 质子带正电荷° 根據物理规则, 同性相斥, 異性相吸° 所以, 原子核的质子吸引电子° 尽管电子都以速度使它具有離心力, 但由於这个吸引力的作用, 它離不开原子核周围°原子的这種电荷量也存在着一種重要的平衡° 原子核裏的质子数和电子数是相同的° 例如, 氧原子核裏面有8个质子, 所以, 它也具有8个电子° 因此, 原子的电能是均衡的°这些都是基本的化学知识° 不过, 许多人会忽视这个常识裏的一个要点, 那就是质子比电子要大许多倍° 质子无论是从體积还是从重量上, 都比电子大很多° 如要举例说明的话, 它们之间的大小差别相当於一个人和一个榛子之间的那種差别° 换言之, 质子和电子之间的構造上不存在“平衡”°尽管如此, 它们的电负荷是相同的！一个带正电, 一个带负电° 根據正常的思维, 电子的带电量应该小於质子° 假如质子和电子之间的电量不同的话, 会怎样呢？在这種情况下, 如果质子带了过多的正电而具备了过多的电能, 会使宇宙裏原子相斥° 如果今天发生这種情况会怎样呢？宇宙裏的原子都互相排斥的话会如何呢？ 举例说明的话, 由於原子的这種变化, 现在您拿这本书的手和胳膊会变得粉碎, 当然, 人身體其他部分也会荡然无存° 我们居住的房屋, 从窗户嘹望的外部世界也会顷刻间变成无有°地球表面上的大海、山脉, 太阳系裏的所有星體, 宇宙裏的所有星球会粉碎, 永久消失° 宇宙会变成一个互相排斥的原子構成的世界° 既然这样, 在电子和质子之间的电载平衡误差是多少才会出现这種灾难呢？百分之一的误差会导致这一灾难吗？乔治.格林斯坦在题为《共生宇宙》的书裏这样写道： “假如电子和质子之间的电载误差是一千亿分之一的话, 这足以使人类、石头这样的小物质解體° 对於世界和太阳这样的庞大物质, 这種平衡就微妙多了° 星球所需的平衡是十亿乘十亿分之一°”.42 这種平衡再一次证明, 宇宙不是偶然出现的, 而是一个有意识地得到设计的° 天文物理学家W.普莱斯说, “在宇宙存在着一个维持生命发展的巨大设计°” 43 当然了, 每一个设计无不证明这是让一切从无到有的萬能的主－真主的造化° 古兰经裏的启示说, “你们是更难造的呢？还是天更难造的呢？他曾建造了天° 他升起它的高度, 而成全了它的形體°” （那寂阿特..章, 第27节和第28节）
正如我们在上面所瞭解的那样, 宇宙裏的萬物能够在一種超乎绝伦的平衡就是对真主完美造化的印证° 古兰经是这麼说的, “他的一種迹像是：天地依他的意志而坚定, 当他对长眠地下的你们叫唤一声的时候, 你们立刻就出来了”° （鲁姆..章, 第25节） |
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化学是研究物质内部结構的科学
