1、你的亿万年时空之旅欢迎你，疲惫的旅行者。你已经经历漫长的旅程，你和你周围的世界都是物质和能量经过亿万年的时空之旅临时组装而成的。例如，你身体内许多原子都是在古老的恒星的内核中锻造出来的，你细胞内的一些水还曾在恐龙身体内流淌过。而在未来，你的旅途仍会继续，你的身体最终还会回到星星那里。 下面，我们将讲述 7 个跨越时空的旅行故事。别忘了，类似这样的故事，你都早已经历过了。 从星尘到星尘 旅行者：一个钙原子 出发地：第一批恒星 目的地：你的身体，以及其他 旅行时长：超过 135 亿年 你骨骼中的钙原子，就像你身体中其他的重原子一样，是在大质量恒星的核心中锻造出来的，这样的恒星的质量可能是太阳质量的
2、 10 多倍、100 多倍甚至 1000 多倍。它们是宇宙中的第一批恒星，诞生于宇宙大爆炸之后 5.5 亿年左右。 第一批恒星中的大质量恒星，在步入老年时会发生剧烈爆炸，变为超新星。一个钙原子在这个过程中诞生出来了，它会像一个动作明星逃离汽车爆炸一样，逃离超新星。在星际空间飘荡几千年之后，它会加入到一个由气体和尘埃构成的星云之中，这片星云最终会坍缩成一个新的恒星，然后会再次变为超新星。 这个钙原子会经历很多次这样的循环，直到距今大约 50 亿年前，它进入了一片将会变为太阳系的星云之中。在这里，气体和尘埃不断旋转着，在核心之处，物质开始坍缩，发出的光芒会穿过周围的物质照耀出来，如同一颗夺目的宝石
3、闪耀在沙漠神殿里。 慢慢地，这些物质在引力的作用下挤压到足够热时，物质会发生聚变，于是我们的太阳就诞生了。在新生的太阳周围，环绕着一个巨大的物质盘，而那个钙原子就在这个物质盘中。 之后，经过了几亿年的时间，地球以及其他行星和卫星从这个物质盘诞生出来，钙原子就被困在了地球上。然后，它在地球上开始了长达45 亿年的旅行。它从地壳深处跑到海洋中，然后停留在石灰石悬崖，再到软体动物的贝壳上。贝壳最终破碎，成为海洋沉积物。历经沧海桑田，这个钙原子会成为土壤的一部分。之后，它被一颗西兰花吸收，最终被你吃掉。 对于钙原子而言，它只会在你的骨骼里停留很短的时间。中年之后，人每年会有近 1%的骨质流失。总有一天
4、，这个钙原子会从你的骨头中流失出去，进入到你的血液，最终通过尿液排到你的体外。之后，这个钙原子还会被其他生物吸收走。 离现在大约 50 亿年后，这个钙原子将会目睹到太阳逐渐变为一颗巨大、蓬松，但表面温度略低的恒星，即变为红巨星。随着时间的推移，其核心将变为一颗致密天体，即白矮星。整个太阳的质量将会坍缩为一个地球大小的天体，而外面的大气会完全抛散到太空中。 如果地球能在这个过程中存活下来，那么这个钙原子会长期停留在一个无聊的、毫无生机的岩石世界里。最终，地球可能会下落并撞到白矮星上。那时，如果外星天文学家正好观测到了这颗白矮星，那么他们会从白矮星的光谱之中找到钙原子存在的痕迹（因为特定的元素会在
5、光谱中留下特定的黑线） 。事实上，我们的天文学家最近就已经发现了银河系中的一些白矮星上存在着类似的重元素。 但是，如果太阳在变为红巨星的过程中就把地球气化了，那么那个曾经在你骨骼里呆过的钙原子最终会变为宇宙的尘埃，并成为下一代恒星的原材料。 你体内的水曾在恐龙身上流淌过 旅行者：水 出发地：撞到地球上的彗星 目的地：这张纸 旅行时长：约 40 亿年 水的旅程始于约 40 亿年前。那时的地球如同地狱一般，表面处处岩浆流淌，彗星和小行星还不断撞击到地球表面。我们的水分子被一颗彗星带到了地球上。过了大约 7 亿年之后，地球干燥炽热的地表逐渐变为温和的、有海洋覆盖着的世界。 之后，我们的水分子随着其他
6、亿万个伙伴一起形成洋流，缓慢地从地球的一个地方漂到另一个地方。在数百万年里，它曾触摸过大陆边缘，轻轻推动海底沉淀物，帮助岩石溶解以及传输气体。它可能穿过赤道成千上万次。某一天，它受到阳光的烘烤后上升到大气中，然后与其他的水分子形成雨滴降至地表上。它会通过裂缝渗到地下，并困在地下含水层中几个世纪。随着地壳不断地运动，这个水分子会再次开始新的旅程，并重新回到海洋之中。 而距今大约 38 亿年前，一个新的旅行线路出现了水分子可以在生命体之间进行旅行，同时还能使得生命体存活。 大约在 1.5 亿年前，我们的水分子发现自己被困在北美大草原的一片湖水中。迷惑龙把自己如同起重机一样的脖子伸到湖面上，喝了一口
7、。这样，这个水分子以及其他的水分子就顺着这个野兽的消化系统，进入到了血液之中。于是，这个水分子开始扮演地球上最为重要的角色行使生命的基本化学反应。 与其他水分子一起，它会使得 DNA、蛋白质和细胞膜等细胞物质形成正确的形状，发挥正常的作用。它还可以协助把氧气传输到恐龙的大脑中，或者改变心脏细胞的电流传输等等。一个星期之内，它就能在恐龙的身体中溜达一圈，当它最终抵达了恐龙的肾脏后，在恐龙体内的旅行就要结束了。这个水分子会成为尿液的一部分，被迷惑龙“驱逐”到体外。它会通过地表渗入地下，像以前很多次经历的那样，它最终会找到一条路线回到海洋中。 在随后的 1 亿多年里，这个水分子会出现在地球的各个地方
8、。例如，它曾停留在鲸鱼的大脑里，也曾出现在一个南极冰盖上。之后，在某一天，它出现在一杯水里，然后被人喝掉后跑到这个人体内。再之后，它被排出人体外，并被一棵松树吸收。它在几十年里一直停留在树的木质纤维之中，直到这棵树被砍倒，并变成纸浆。纸浆经过多次操作，这个水分子仍能留在这里，最终它发现自己被锁到一张纸上。这张纸被印上图片和文字，然后被切割和装订。最终，这个水分子停留在你眼前大科技杂志的这张纸里，一动不动。它正等待着下一次的旅行。 往返于地球深处 旅行者：锆石 出发地：地球内部 目的地：亚洲某地 旅行时长：约 40 亿年 大约 40 亿年前，地球大部分地方都遍布着火山熔岩。距地表以下几百千米的地
9、方，锆离子在缓慢流动的岩浆中飘荡着，地幔的流动使得锆离子都聚集到一起。 之后，岩浆被抬升并发生了冷却，这里开始有晶体生长出来无数个原子构成完美的晶格。其中，锆离子也会形成一种晶体，叫做锆石。锆石虽然个头只有几毫米，但它晶莹剔透，而且还十分坚固，它可以永久地存在下去至少在地球上。而对于铀原子来说，锆石还是一个避风港。铀原子被包裹在锆石中后，它们会在里面衰变为铅，而这个衰变过程可持续几十亿年。这样，铀原子会随着锆石开始周游世界。 锆石没有时间休息。岩浆不断地涌动着，并被推上到一个火山口。锆石随着一堆炽热的气体和熔岩喷出火山口并落到不远处的火山灰上。之后，更多的火山灰会堆积在上面。而这个火山最终会走
10、向死亡。 经过数百万年风雨的侵蚀，这个锆石最终暴露在一片死气沉沉的布满碎石的荒地上，而此时大气大部分还是由二氧化碳和甲烷构成的。这是一个危险的地方，陨石不断撞击着这个星球，附近一个撞击产生的巨响还使得锆石部分晶格发生了错位。 几千年又过去了。风雨的侵蚀最终使得这个锆石脱离这片荒地，掉进河里，然后随着河水流进大海。借助于海洋的流动，它在海底比以前更快地移动着。不过随着时间的流逝，它上面的沙子越堆越多，最终锆石第二次进入地壳深处。 十几亿年之后，地质运动再次把这个锆石带到地表上，而此时陆地和海洋都发生了巨大的变化。一些漂浮在海洋中的细胞已经进化出直接从阳光中获取能量的能力，并将氧气排到空气中，这使
11、得大陆上的任何不稳定的矿物开始生锈。锆石周围的含铁矿物逐渐变为棕色或红色。 之后，锆石再次被冲进海里，逐渐被包含微生物的淤泥所覆盖，然后它第三次进入地壳深处。在之后的 20 亿年里，全球的板块不断地漂移和撞击，锆石饱受蹂躏，它身上的疤痕，会在某一天告诉世人它所经历的非凡之旅。 第三次来到地表后，伤痕累累的锆石躺在一处温暖潮湿的热带地区。天空有鸟类在飞翔，附近的一个森林中，一个新进化出来的物种开始加入森林合唱团，它们就是灵长类动物。而在一个雨季，锆石又被冲进河水中，流进一个新的海洋并再次被埋。 又过了大约 6500 万年，锆石在当今的亚洲某地重见天日，但此时的情况非常不同。锤子和凿子在岩石上叮当
12、作响，锆石被挖出来后，人类对它进行了各种测试。人类用金刚石砂轮切开它，读取里面铀原子的衰变情况，并分析它身上的伤疤，了解到了它所保留下来的历史和知识。之后，锆石被人类丢弃。 尽管被人类切了一大块，但它仍然十分坚硬。锆石将再次踏上旅程，直到地球的灭亡之日。 从遥远的星系团 到你的 DNA 旅行者：宇宙射线 出发地：遥远的星系团 目的地：我们的大气 旅行时长：十几亿年，或几周 在遥远的室女座星系团中，一颗年老的大质量恒星即将要变为超新星。它的内核约有 1 亿摄氏度，在这里原子核还不断碰撞，发生着聚变，继续产生更多的热量。在内核的边缘，则是我们的旅行者，一个聚变的产物铁原子核。 恒星的内核在过去的几
13、十万年不断增长，而现在它变得太大了，无法继续稳定存在，最终它会突然发生坍缩，然后反弹发生爆炸，变为一颗超新星，产生的辐射会撕裂整个星体。在这爆炸过程中，铁核在多次产生的冲击波和强电磁场中，获得越来越多的能量，直到它冲出爆炸的火球，自由地飞向深空。 我们的铁原子核高速飞行在太空中，其身后留下的是恒星死亡后产生的星云。铁核正前往一个星系的中心，而那里一个怪物正等待着它一个巨大的黑洞，其质量是太阳质量的十几亿倍。铁核抵达那里后，它与周围的气体一起高速绕着黑洞旋转，它越来越靠近黑洞的事件视界，即黑洞的表面。一旦它越过事件视界，那么它再也无法从黑洞里逃逸出来了。然而在最后时刻，它被黑洞产生的强烈的磁场风
14、暴卷走了，成为等离子体喷流的一部分，以超过 90%光速的速度被喷射出去。 黑洞喷流的冲击力比超新星的更具威力。远离黑洞后的铁核，大约具有 8 焦耳的能量，是地球上大型强子对撞机产生的粒子最高能量的数百万倍。 铁核在星系之间游荡，运动状态不断被宇宙各处的磁场改变。鉴于铁核运动的速度过快，相对论效应将显现出来。跨越数千万光年的星际之旅，对于铁核来说，只需几周左右的时间。 在星际空间旅行的最后一天，我们的旅行者终于接近了银河系的一条悬臂。它的前方正是太阳系。对于铁核来说，它从冥王星那里抵达地球只需大约 16 毫秒。当它抵达地球时，我们把它称为一个超高能宇宙射线。 对于铁核来说，高层大气的稀薄气体远比
15、它之前遇到的任何障碍都更具挑战性。一个氮核会与这个铁核相撞，撞击出的超高能量不仅会破坏这两个原子核，而且还会制造出一堆 介子和 介子以及其他的亚原子粒子，产生的每一个粒子都有足够的能量与其他的原子核再次发生剧烈的碰撞，最终这里会生成大量的辐射，穿过大气倾泻下来。 这些粒子会稍稍增加飞机里乘客和机组人员所受到的辐射剂量。一些粒子可能会触发雨滴的形成，甚至可能会触发闪电的形成。一些粒子还会闯进生物细胞中，可能会改变人以及其他生物的基因，并影响生命的进化。但许多人没有意识到的是，这些粒子其实是一个曾与黑洞亲密接触的原子核的灰烬。 从沧龙的一次呼吸到火电站 旅行者：碳原子 出发地：沧龙的一次呼吸 目的
16、地：火电站 旅行时长：约 6600 万年 6600 万年前，一个巨大的浅海覆盖着北美洲，这个浅海被称为西部内陆海道。在这里，一个二氧化碳分子被一只水里的长约 18 米的沧龙吐到了这个水域里。于是，它开始进行环游世界之旅，在空气和海洋之间穿来穿去。 地质运动最终把西部内陆海道抬升了起来，海底被亚热带湖泊和沼泽所替代。我们的二氧化碳经历了多次环球旅行之后，被这里的沼泽中的树所吸收。当这棵树死掉后，二氧化碳中的碳原子被困到了里面。在几百万年里，许多层腐烂的植物和河流污泥不断堆积在这棵树的遗体上。不断上升的温度和压力使它们变硬和变黑，最终在 6000万年前形成了煤炭。 几千万年过去了，越来越多的沉积物
17、堆积在煤炭上，使得煤炭深埋于地下数千米。但在 1000 万年前，地质运动使得这里的地壳开始抬升，我们的碳原子所受的压力开始减少。从雄伟的落基山脉流淌下来的河流缓慢侵蚀着地表的岩石。我们的碳原子将会成为世界上最大的煤层之一的一部分，这个煤层位于粉河盆地，横跨美国的蒙大拿州和怀俄明州。 到了 20 世纪 70 年代，这个巨大的煤层得以开采，我们的碳原子经历了 6600 万年之后，终于重见天日。它将经历一个与之前完全不同的旅程。 煤炭在火电站的锅炉之中燃烧起来，快速释放的能量一部分会变为电能，供应周围居民使用。而我们的碳原子将会与两个氧原子结合，形成二氧化碳，通过烟囱逃离到大气之中。之后，它需要再经
18、历数百万年，才会返回到大地上并藏匿起来。 你眼睛里的星光 旅行者：星光 出发地：天津四 目的地：你的眼睛 旅行时长：1500 年以上，或无需时间 位于天鹅座的一颗名为天津四的恒星外部，一个光子诞生了。它是一个古老家族的后裔，这个古老家族是在数万年前由天津四内核聚变所创造出来的一堆光子。祖先们在恒星中心与电子相撞，被离子吸收。在这个过程中，又有能量更低的光子逐渐诞生出来，并从恒星核心向外运动。 而这个光子十分幸运：它是在恒星大气最低的一层，即光球中诞生的。它可以轻易地穿过稀薄的外层大气逃到太空之中。于是，它开始了一次超长的旅行。 不过，如果从量子的角度来看的话，它经历的是无穷多次的旅行。从诞生到消亡，一个光子的路径不是确定的。事实上，光子可以同时走在所有可能的路径上。这些路径可以分布在整个空间中，但是光子所走的最短路径，则是天津四和地球之间的直线。
