宇宙与人HD

值得一看的科教片，对宇宙有一个大概的认识。推荐一下这部电影的旁白解说。宇宙星辰密布，其中隐藏着物质运动的巨大力量。最不可思议的是，纯粹的物质世界可以创造智慧。自从人类发现了这种叫做基因的结构之后，他们就可以相信，哪怕是尘埃，只要经过特别精心的排列，就可以创造出生命这样的高级物质形态，而且只要给予它足够的时间和空间，它可以体现智慧。　　物质宇宙可以演化生命。我们目前唯一知道的就是我们自己的太阳系，但准确地说，生命只选择了它的第三颗行星——地球。地球诞生并经历了近40亿年的转变。从生态的角度来看，地球的美丽是独一无二的，但今天的地球不仅是一个生态星球，而且因为人类而成为一个文明星球。　　地球上唯一正直的智慧生物——人类，今天很轻松地生活在这个星球上，但人类从古代文明走向现代文明也付出了巨大的代价。两者跨越的关键取决于人类对宇宙认识的深度。　　望远镜的初衷　　虽然许多史前文明都表现出了人类对认识宇宙的兴趣，但在中国四川西部三星堆发现的3000年前的青铜器可能是最执着的。这是一个向往飞翔的古老群体。鸟类是他们共同的偶像。鸟儿的眼睛深受崇拜，而它们自己的眼睛形状更是夸张。这可能是人类最早通过眼睛这个器官的延伸来探索宇宙的期望。这可能是望远镜最原始的想法。　　事实是，这个愿望在400多年前终于实现了。人类的眼睛确实得到了延伸，望远镜在人类文明中比任何其他单一工具都发挥了更重要的作用，因为没有它，就不可能了解天体的基本运动，也就没有对上帝的勇敢否认。不存在通过对天体的观察而得出的牛顿定律，也不存在基于该定律的现代工业社会。400多年前，人类通过望远镜获得了控制宇宙物质的规律，因此我们的生活从此日新月异。　　太阳是我们拥有的一颗星星。今天，人类对宇宙看得更远、认识更深刻。这种认识，使我们从整体上认识了宇宙的物质运动，更清楚地认识到我们是物质运动的结果，而宇宙中的星辰，是一切物质运动最重要的驱动力。我们称自己的恒星为太阳。它的光辉是地球生命最根本的基础。阳光照射地球表面已超过40亿年。今天的生态是由纯粹的阳光塑造的，这使得地球有了40亿年的生命链，这条链实际上就是固态的阳光，因为生命的本质就是光能转化为物质的新陈代谢。　　现在，我们可以准确地知道，这个珍贵的发光体非常巨大，它的直径相当于110个地球，它的表面有6000度的高温，传输了1.5亿公里的空间，地球只得到虽然只有其亮度的1/500,000,000，但这已经足够了。　　它的质量相当于33万个地球，但尽管这么大，如果都是煤，同样的光和热也只能燃烧数千年。然而，它已经稳定燃烧了50亿年。到底是什么东西被烧成这样？　　人类对燃烧的概念是火，把一堆树枝烧几个小时，这就是我们获取能量的概念。这种基本方法一直主导着人类文明，但这种燃烧并没有使用宇宙中真正的能量宝库——原子核。从本质上讲，木材的燃烧只是原子交换位置以释放一些化学能。燃烧后，原子核的质量根本没有减少。　　太阳的燃烧原理与篝火完全不同，它是燃烧原子核。爱因斯坦利用著名的质能转换公式计算出，核能可以达到普通化学能的2000万倍。宇宙中最有效的核能是氢聚变成氦，即4个氢原子聚变成一个氦原子。在这个过程中，7/1000的物质可以转化为能量。虽然只有7/1000，但是物质的能量太大了。如果1000克氢原子中的7/1000转化为能量，相当于4000吨石油和6000吨煤炭。　　仅燃烧几分钟的树枝中所含的核能就足以点亮100瓦的灯泡一百万年。　　太阳是一个奢侈利用核能的天体。　　宇宙的物质结构　　那么，原子核怎么可能被燃烧呢？这取决于我们宇宙的物质结构。物质本身没有行为，但物质所包含的四种力决定了宇宙中的一切。其中最强的是强力，存在于强子中，核能就是由它产生的，但这种力只在原子核的直径范围内起作用，所以要产生核能，必须让它们相互接触，即核聚变。　　核聚变必须有中子，另一种弱力可以使质子衰变成中子并释放射线。这种力对于核聚变是不可或缺的。　　核聚变的关键是电磁力，它比强力弱100多倍，但它比强力延伸得更远，所以一般情况下强力是被电磁力封闭的。如果不能突破电磁力，就不会有核聚变。事实上，电磁力是一种非常温柔、美丽的力量。它本质上有正有负，而且永远不能过度。所谓阴阳生万物，所以构成了宇宙中最丰富的物质演化，其中就包括生命。　　引力是最弱的力，比单个原子中的电磁力弱几十万亿倍，但宇宙对它几乎没有限制，所以它最终会以更胜利的方式统治宇宙。　　构成我们生命的主要是电磁力，强力和弱力是闭合的，引力在我们的身体里可以忽略不计，但是我们的身体却能感受到地球的引力，因为引力会随着物质的增加而增加。大而有表演。当我们举起重物时，我们肌肉中的电磁力正在与地球的引力竞争。很多人的锻炼方法都是利用地球的引力来增加我们肌肉中的电磁力的能量。　　是万有引力最终战胜了电磁力，当一个物体变得和太阳一样大时，它不仅控制着地球围绕它的自转，同时也控制着地球上每个原子的引力。它向中心塌陷并传递压力和热量。由于太阳质量巨大，其引力可以积累到极高的温度。温度越高，原子核运动得越快。当达到一千万度时，原子核的电磁力就无法阻止高速运转的原子核相互碰撞。的力量。于是原子核的强大力量最终在瞬间结合在一起，使物质释放出巨大的能量。这就是核聚变，太阳和宇宙中所有恒星都是这样诞生的。　　人类对这种能量非常羡慕，但目前只能用于破坏性的利用。这就是氢弹。这样的一朵核聚变云就能轻松消灭一座拥有数百万人的城市，或许宇宙中所有的智慧文明都要经历这样的考验：道德水平是否能够达到安全使用宇宙中最强大能源的水平。宇宙。人类正在努力将核能的破坏性转变为建设性的。　　无山而坐吃饭　　这是四川乐山的唐代大佛。根据佛经的解释，它被赋予了掌管光明和未来的责任。无独有偶，就在它的视线前方，一家中国核动力研究院正在研究未来的能源——核聚变。这里要解决的问题是如何约束极高温核反应。由于地球上任何物质都无法承受热核反应所需的1000万度以上的高温，因此人们尝试用能量禁锢能量，利用强磁场来悬浮聚变核能。目前，“核虎”的笼子正与“老虎”较量。这些复杂的管道或许很快就能编织出人类最辉煌的梦想。那一天也许不会太远。　　太阳引力引起的塌缩不仅引发核聚变，而且塌缩的压力是约束核能的绝佳容器。在巨大的压力下，太阳每秒有5亿吨氢原子参与聚变，其中400万吨转化为能量。这些数字听起来很大，但与太阳的总质量相比，却微不足道。自存在以来，太阳的质量仅损失了万分之一。能量在约70万公里深处的核心产生，需要1000万年才能上升到地表。光的传播速度比太阳腹中的蜗牛还要慢。正因为如此，这位能源“亿万富翁”才能够从容地使用自己的积蓄，坐下来吃饭不亏本。　　寒武纪大爆炸　　确实需要这样一个长期的能源，因为地球上的生命已经存在了近40亿年，而太阳的存在时间肯定比这个时间还要长，至少在没有发现之前另一种宇宙生命模型，我们无法证明这个进化时间可以缩短。然而人们发现，整个进化史似乎被推迟了很多时间。真正的大尺度生命的进化历史实际上只有5亿年左右，大部分生命史都是以微生物的形式在海洋中度过的。这段时间其实已经超过三十亿年了。人们发现生命的扩大和多样化都集中在5.4亿年前的寒武纪地层中，而且它们似乎突然出现，非常整齐地站在进化的同一条起跑线上。这就是寒武纪大爆发。　　寒武纪是一个伟大的时代，中国云南澄江地区的帽天山是这个时代的圣地，因为这里发现了世界上最古老的寒武纪多细胞动物化石。　　大爆炸是生物学家困惑的地方，因为动物的庞大和多样化来得非常突然，进化的复杂性似乎被寒武纪蕴含的神奇力量简化了。是什么力量突然将微生物转变为大型多细胞动物？　　远古时代，土壤中的含氧量很少，但寒武系地层中的含氧量随着年龄的临近而增加。或许，正是这种气体激发了地球上生命的辉煌。　　现在，地球的大气层中充满了氧气，但它们却在天地之间不断地循环。氧气是最活泼的气体，总是很快与其他物质氧化，所以氧气只能用来维持流动操作。如果地球上的植物现在停止制造氧气，地球上的氧气很快就会耗尽。正是由于氧的这种活性，它才能穿透大型生命体的身体，从而产生强烈的体能和高级的神经活动。　　然而，陆地植物产氧的历史很短，只有几亿年。称为叶绿素的细胞之间的复杂分子的运动逐渐将海洋中的二氧化碳转化为氧气，所有这些都是从地球上的绿色毛孔中分泌出来的。这种分泌物持续了数十亿年，使地球充满了游离氧。这个过程之所以如此漫长，是因为地球上的氧气消耗量巨大，大量的无机物正在被氧化。到目前为止，海洋中仍然存在大量的氧化铁矿脉。人们相信，曾经有一段时间，地球上的海洋被铁锈染成红色，因为铁元素在呼吸。　　很可能寒武纪是一个收获氧气的时代，因为此时氧气的生产量一定大于消耗量。当海洋充满氧气并持续稳定一定时间后，利用氧气的大型动物就可以毫无顾虑地改变形态，充分利用更好的能源。这种能量使一些动物的身体结构扩大，功能增加，就像汽油可以制造汽车一样。可以说，只有有氧生命才能运动。　　运动是寒武纪生命的重要进步。就像一个新司机刚刚上路一样，寒武纪先祖的动作非常缓慢。他们小心翼翼，笨手笨脚，但绝对拥有前所未有的自由。　　距离大爆炸已经过去了大约五亿年，之后生命进化的效率应该非常高，所以星球上的生命能否缩短其进化过程取决于多细胞生命诞生的时间表。当然，寒武纪地层中还隐藏着许多秘密需要考虑，但首先我们应该对此表示感激，因为如果一些尚不可知的因素推迟了生物大爆炸的开始，那么我们的命运可能会有所不同。一看。　　太阳毕竟不是永恒的能量　　太阳毕竟不是永恒的能量。幸运的是，地球在5亿年前就开始了多细胞生命的进化，所以我们对太阳没有危机感。然而，太阳在燃烧的过程中不断老化，它的氢不断变成氦。最终，随着核心温度的升高，氦核将突破电磁力的屏障，再次碰撞，产生新的核聚变。　　根据太阳质量计算，大约40亿年后，太阳的氦聚变就会开始。也就是说，在太阳的核心，诞生了一个新的太阳，这个温度较高的太阳将把温度较低的太阳推出去，其体积将膨胀百万倍以上。它在衰老的时候会显得非常的辉煌，但是这种辉煌会毁灭地球。恒星即将灭绝并不会减少热能，相反，一百亿年的太阳会将数亿公里变成一片火海，地球所有生态成分都会崩溃并被吞噬靠它。　　太阳只发生过2次核聚变，氢聚变90亿年，氦聚变约10亿年。当氦气燃尽后，太阳的引力就会继续塌缩，不再有任何阻力。这时，它的力量结构就会变得不稳定，一些外围物质会被喷射出来，然后这些物质就会形成绚丽的光环。宇宙中有许多这样的气体光环，这些是像我们的太阳这样的恒星的死亡象征。如果它们之中已经孕育出生命，我想知道它们是否有足够的时间进化到智慧并在死亡之前找到新的居住地。幸运的是，人类至少还有40亿年的时间来准备。　　死去的太阳的大部分物质仍然被引力牢牢控制，但由于引力不足以引发比氦重的碳元素的核聚变，所以这颗行星不得不忍受塌缩，成为一颗恒星地球一颗白矮星，直径相似，但比地球重数十万倍。尽管它的外观发生了变化，但它的引力仍然控制着太阳系的其他部分。　　宇宙演化最重要的驱动力　　宇宙中，恒星按照死亡的方式来分类，一类就像我们的太阳，最终静静地变成白矮星，另一类比太阳恒星大8倍多，它们的死亡就是爆炸。恒星越大，寿命越短，质量相差3倍，寿命则差750倍。换句话说，一颗比太阳大三倍的恒星的寿命只有1300万年。因此，生命的进化不能委托给大恒星。然而，宇宙中物质的丰度和流动完全取决于它们。　　宇宙在过去有一个非常单调的开始，只有氢和少量的氦。然而宇宙正在生长，生长的标志就是重元素的增加，这使得宇宙越来越丰富。宇宙的一切奇迹都是元素完整创造出来之后才创造出来的。元素的产生就是将不同数量的氢元素聚合起来，而完成所有元素聚合的地方就是拥有巨大引力的大恒星。　　从物质丰富的角度来看，大恒星是宇宙中的杰作。它们不仅可以产生所有元素，而且因为恒星越大，寿命越短，所以周期也短。因此，巨星是宇宙中制造元素最高效的工厂。然而，宇宙中最大恒星的质量极限是一百个太阳。如果再大一些，它就会因为自身的核反应而解体。　　重力产生元素，但也将它们结合在一起。一颗小恒星大约可以产生十几种元素，但这些元素最终无法在宇宙中流动。　　大恒星可以产生更多元素。一般来说，质量为太阳8倍以上的恒星才能使聚变进行。其核心的高温达到数十亿度，不断产生令人难以置信的聚变。每次聚变产生的能量都让恒星膨胀得更多一些。于是它就像洋葱一样形成了一个惊人的巨大的多层核聚变空间，这个空间可达百亿公里，容纳了整个太阳系。　　随着聚变的进行，恒星变得越来越危险。因为元素越重，聚变提供的能量就越少，巨大的恒星必须靠不断释放的核能来支撑。然而，当融合达到第27个铁元素时，摇摇欲坠的恒星受到了最致命的伤害——因为铁元素的结构极其稳定，在融合过程中不会释放能量。结果，当核心失去支撑时，这颗巨大、膨胀的恒星将会崩溃。　　所以，星辰破碎的爆炸，席卷长空的能量飓风，这就是超新星的爆炸。目前它的能量是普通恒星的100亿倍。在这超级能量的瞬间，宇宙中的所有元素都融合了。　　金银首饰等重元素是在超新星爆炸中诞生的。当我们佩戴它们时，请记住，宇宙制造高端产品的成本确实很高，它需要废弃一颗质量至少比太阳大8倍的恒星才能让我们佩戴金银。　　　太阳系的结构　　超新星的爆发让物质摆脱了重力的束缚，但铁元素的核心却陷入了重力的深渊，巨大的滑坡将所有的电子压入了质子，因此质子全部变成中性，中子之间没有电磁力的斥力，原子核可以紧密地结合在一起，形成了最致密的物质——中子星。它的1立方厘米质量可达10亿吨，其引力如此之大，以至于光必须变成抛物线才能挣脱束缚。　　将直径几百万公里的物体压缩成直径只有30公里的中子星，同时磁场也被压缩。这是一座令人难以置信的超高能核电站，它可以像高压水柱一样喷射出附着在表面的电子。它们强烈的方向性可以成为宇宙定位的灯塔。十多年前，人类乘坐载有外星生命的飞行器的自我介绍是利用多颗中子星来定位地球。　　一些大型超新星爆炸后，会出现引力奇迹——黑洞，巨大的引力会让物质变得不可见，因为连光都会被吸回其表面。如果地球被压缩成一个核桃，那它就是一个黑洞，因为地球实际上是一个由强力和电磁力支撑的物体。如果原子核被破坏，地球就会成为直径数厘米的集中引力载体。黑洞的存在已被证实。　　超新星是宇宙四种力量合作的杰作。他们共同建造了一个巨大的原子锅炉，然后利用锅炉崩溃激发的能量完成所有元素的制造，并在最后一刻将元素彻底抛出。正是因为这种丢弃，物质才能进化。否则，就像有钱却不投资一样。无论有多少财富，都毫无意义。恒星以其自身的毁灭，创造了宇宙中最伟大的诞生。　　　超新星的物质扩散后，引力会将这些物质再次凝聚成天体，大的会塌陷成恒星，小的会形成行星。如果这颗恒星的寿命很长，并且周围有一些合适的行星，那么这种长寿的核能与距离它较近的行星上丰富的宇宙元素的光和热进行交流，最终可能会产生最复杂的物质。宇宙中的物质形态——生命。　　然而，恒星远不是一个完全仁慈的能源。它是核能而不是简单的炉子。它的一半以上的光辉可以严重损害生命，一些高能射线可以破坏生命的分子结构。因此，生命必须存在于能够接收恒星能量并排除其危害的行星上。　　这就要求行星有气体外壳，因为气体分子产生的振荡可以拦截许多高能射线。　　太阳系中有9颗行星，其中4颗巨大行星，全部都是气体，这证明宇宙中行星越大，气体就越多。因为气体是宇宙中的主要物质，但它也是一种活性物质，恒星小的时候无法容纳它们。　　所以，虽然像水星这样的重元素行星已经在一颗非常好的恒星附近，但它太小了，无法容纳任何气体，因此无法过滤恒星的光辉。所以在水星这样的贫瘠星球上，生命会被无情地杀害。　　火星比水星大，大气层极其稀薄，但火星上的生命仍然无法暴露。因为这层大气层无法阻挡肉眼看不见的高能射线对地表的轰击。我们在火星上看到的橙色天空实际上是一种幻觉。不是大气，而是被风吹到空中的尘埃。由于火星重力小，自转速度快，所以风特别大。如果尘埃落定，火星的天空就会变得黑暗。目前，火星还没有任何确认的生命信息。　　在岩石行星中，只有金星与地球非常相似。正是在这个位置上，宇宙似乎为太阳系生命的诞生有了双重保险。金星的质量仅比地球稍小，因此它的物理条件几乎与地球相同。当然，它有充足的大气层，但令人困惑的是，金星没有蓝天，而是有一层由二氧化碳和硫酸组成的浓雾。它的温室效应创造了一个温度普遍达到500度的世界。遗憾的是，金星没有成为另一个生命的摇篮。金星的状态表明，类似地球的行星不一定有生命。　　有福的地球　　因为太阳对生命的威胁不仅在于它的光线和射线，它还是一个高温等离子体旋转体，会产生极强的磁场，而附近的行星太阳都在这个磁场的笼罩下，这个磁场会像风暴一样将一些带电粒子抛出去，形成太阳风。由于它们的能量很高，它们会穿透大气层并杀死生命。　　处理附带的带电粒子，需要磁场，而磁场的产生取决于行星内部的热核和自身的旋转。在岩石行星中，火星内部没有足够大的热核，金星也有足够大的热核，但自转速度太慢，以至于它们几乎没有磁场。只有地球既有足够大的热核，又有相对较快的自转，才能形成完整的磁场。这个磁场阻止太阳风穿透地球表面。也许这就是地球优于金星的原因。　　然而，地球上生命的诞生并不意味着地球早期的环境有多好，大气层和磁场也不会自动将地球变成天堂。其实，地球的美丽有赖于生命的开拓。早期地球的二氧化碳比今天多了20万倍，还产生了严重的温室效应，但生命却以二氧化碳为食物，把地球从远古地狱般的境地变成了蓝天白云，二氧化碳成了他们的骨头。如今，它们混合在这些由碳酸钙组成的山脉中，被自身潮湿的气候切割成喀斯特地貌。事实上，动物骨骼中掺入的碳酸钙是凝固的二氧化碳，它们也是喀斯特景观的另一种形式。地球可以说是一个极好的处理二氧化碳的生态工厂。　　如果金星放在地球的位置，可能会像地球一样幸运，但今天它就像一个熔炉，没有生命的大气层是更大的灾难。这或许证明生命可以忍受地球极其恶劣的表面环境，但对来自太阳的能量非常挑剔。而正是这种挑剔，使得即使在地球这样完美的星球上，生命也大部分时间躲在海洋中，远离陆地。与海洋40亿年的生命历史相比，陆地生物