一颗原子,跨越亿万时空的旅行

Atom : An Odyssey from the Big Bang to Life on Earth...and Beyond Book Cover Atom : An Odyssey from the Big Bang to Life on Earth...and Beyond
Lawrence M. Krauss
Little, Brown
April 1, 2001
320

Every atom in our bodies was once inside the fiery core of a star that exploded billions of years before our solar system was formed.

作者:汪婕舒 | by Jieshu Wang

我们都是星尘。你体内的每颗原子都看尽星起星灭,历尽宇宙沧桑。一颗原子的故事,也就是我们的故事。

今天要推荐的书是:ATOM: An Odyssey from the Big Bang to Life on Earth…and Beyond by Lawrence M. Krauss(一颗原子的时空之旅——从大爆炸到生命诞生的故事)

 

我们都知道,水分子是由氧原子和氢原子组成的。但是,当你喝水时,你是否想过,水中的每一颗原子从何而来呢?当你运动出汗时,汗水里的每一颗原子呢?下雨时,雨水里的每一颗原子呢?……

这就是本书企图向你解答的问题。

– 我与本书 –

最初关注这本书,是因为我想写一篇文章,关于“一颗氢原子的历史”。我想从大爆炸开始写起,讲原子是如何生成的,如何在恒星内部聚变,如何通过超新星爆炸被回馈到宇宙空间,直到今天出现在你的指尖。我在网上搜了搜,发现这本书的构思和我的想法几乎完全相同,而且有中译本,只不过讲的是一颗氧原子。

本书中文译本封面

实在想吐槽这个封面,把题目改成“海洋生态学”、“工程地质学”完全没有违和感。

听说这本书还曾得到过王朔的推荐。但由于年代有些久远,连万能的淘宝都无法买到,只能买到影印版。读完本书,我放弃了写那篇文章的意图。因为,本书所揭示的壮烈而宏大的诗篇,不是我这样一个半吊子水平的编辑能写出来的。没有几十年科研经历的浸淫,无法描绘出如此事无巨细、波澜壮阔的画面。而本书的作者,正是一名做了几十年科研工作的理论物理学家兼宇宙学家——劳伦斯·克劳斯(Lawrence Maxwell Krauss)。

– 关于作者 –

本书作者是出生于1954年的美国理论物理学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Maxwell Krauss)。

本书作者:Lawrence Maxwell Krauss

 

他是亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的教授。他热心科普,写了许多有名的科普书籍。比如说《星际迷航中的物理学》(The Physics of Star Trek)和《无中生有的宇宙》(A Universe from Nothing)。

– 关于本书 –

本书从日本的超级神冈探测器说起。这是东京大学建造的一个大型中微子探测器,最初目标是探测质子衰变,后来也用来探测中微子。它位于日本岐阜县飞騨市神冈町(旧吉城郡)神冈矿山的一个深达1000米的废弃砷矿中,主要部分是一个高41.4米、直径39.3米的圆柱形容器,盛有5万吨高纯度的水(可供整个芝加哥城使用一天)。容器的内壁上安装有11200个光电倍增管,用于探测高速中微子在水中通过时产生的切连科夫辐射。这个讯号,已经隐藏了100亿年,比地球、太阳甚至银河系存在的时间还长。然而,与整个宇宙比起来,这个时间还是像眨眼一样短暂。

超级神冈探测器

超级神冈探测器中的水分子大约有10亿个。本书的主人公,这颗氧原子,就悬浮于其中。我们不知道是哪一颗,这个问题也并不重要。

那么,质子衰变到底有什么用呢?假设质子能进行衰变,会变成更轻的中性π介子和正电子,将能解答物理学的一些最基本的问题。宇宙为何充满物质?宇宙还将存在多久?

尽管人类做了许多努力,但目前没有任何质子衰变的实验证据。

接着,作者将历史的时钟拨回140亿年前的大爆炸,详细描绘了那时的情景:那时宇宙中充满强烈的辐射,物质与反物质互相湮灭,整个宇宙好像一锅乱炖的粥。接着,物质占了上风,宇宙慢慢冷却,漂浮着密度不均的氢。

大爆炸以来的宇宙演化

在万有引力作用下,较为稠密的区域逐渐塌缩,形成恒星和星系。本书的主人公那时候还不是一颗氧原子,而是相隔亿万公里的几颗氢原子。它们慢慢靠拢,经历数不清的聚变和衰变,相聚和分离,最终才在一颗恒星内部相遇,成为一颗氧原子。它们经历了好几个恒星系的兴盛和衰亡,甚至也经历了一颗岩石行星的生命周期,但终究没有遇到生命。直到它来到了太阳系,来到了地球。又经历了无数的物理和化学变化,经历了火山爆发、漂浮在大气中、吸收到海洋中、沉淀于岩石里、俯冲到地心,又被火山喷出……这样的过程中,它终于遇到了宇宙中的奇迹——生命。

超新星遗迹:蟹状星云

讲到这里,本书并没有就此打住,而是继续畅想未来,描绘出若干种可能出现的情况。比如,假如地球环境恶化,不再适宜人类居住,人类是否有能力逃离太阳系?这颗氧原子是否有机会跟随人类去往别的星球?如果它没有搭上顺风车,继续留在地球,那么几十亿年后,它会遭遇什么境遇?地球的气候会变得像金星一样吗?当太阳燃尽,变成红巨星,吞没地球,这颗氧原子是否还能幸免?在这之后,它会遇到谁?它会继续静静漂浮在这一隅,还是被宇宙的洪流冲往别处?当宇宙的熵越来越大,生命的萤火逐渐熄灭,恒星不再燃烧,荒芜、黑暗和安静统治一切时,它还会遇到别的原子吗?或是孤寂地在暗夜深处流浪?

如果你想知道答案,请读一读这本书吧!它是科学与诗意的完美结合。书中,大量的科学理论将以通俗易懂的方式出现。你能读到物理学、化学、宇宙学、天文学、地质学、天体物理学,甚至科幻……

当然,由于年代过于久远,一些知识有些过时。比如说,写书时,希格斯玻色子尚未发现,因此书中将其描绘为一种假说。

读完本书,你会觉得,每一颗原子的经历,都是一首跨越时空的史诗。俯身审阅自己的人生,也许会有另一番认识。

– 其他评价 –

Starting with one atom of oxygen that arises as an effect of the big bang, Krauss, chairman of physics at Case Western Reserve University, weaves a tale that reads as compellingly as a good novel. He traces the atom’s travels from the early moments of the universe to its participation in life on Earth and then considers what might become of it after life on Earth ends. The result is nothing less than a history of the cosmos. –From Scientific American

 

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