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科技之神:第20章 自己证明自己的伟大

    云卷云舒,三个月的计算与论文撰写时间倏忽而过。

    那一天,在南加州阳光下,顾玩跟妻子提到的那些计算性论文,以及后续的科普专著写作,已经初步完成了。

    论文在七月份的时候,就已经全部投递出去,并且进行了答辩。

    后面的一个多月,顾玩集中了全部时间,撰写那部科普专著,还把如今刚刚在国内中央科大读完大三的工具人妹妹李双叶,趁着暑假抓来了美国。

    每天给妹妹提供好吃好喝好玩地供着,换取她帮顾玩打工写书。

    李双叶也是痛并快乐着,毕竟哥哥提供的享乐条件非常之优渥,每天几乎是在女仆的服侍下衣来伸手饭来张口,写累了还可以预约接出门兜风,或者在家找个按摩师帮忙按摩。

    痛苦的来源么,自然是约稿太多了,哥哥上次安排她写的黑洞题材科幻小说都还没彻底写完,又要搞科普专著了。

    不过,有个既要马儿跑,又给马儿猛吃草的老板,总比那些不给吃草的要好,李双叶本来就对这项事业挺感兴趣,也就甘之如饴了。

    “哥,嫂子,看下这版的稿子,这可满足你要求了么?”

    七月底的一天,李双叶在哥哥的海景大别墅里冲刺性写了一天后,深夜时分,终于把完整的稿子丢到了顾玩案头。

    顾玩扫了几眼,就丢给坐在对面的麻依依,脸却朝向李双叶吩咐:“让你嫂子看,我看没用,要她这种外行人看了都觉得看得懂,有趣,那才能卖座,能起到吸引真正读者的效果。”

    地球上霍金的《时间简史》看起来卖了好几百万册,但不得不承认的是,至少七八成买书的人,根本没看那本书,他们买书就是拿去装逼的。

    尤其是大量打肿脸充胖子的社交系文科生,摆在案头,显示自己有买这么高逼格的书,或者买来后发条朋友圈分享一下,然后那么艰涩的物理学术著作就丢在那儿吃灰了,根本不去看。

    谁要是真把《时间简史》的销量当成看这本书的实际读者群规模,从而觉得科普也是一门有赚头的生意,那就大错特错了,要吃亏的。

    麻依依面对老公的不给面子,也是微微有些使小性子:“你要外行都能看得懂,那找我还不够,姐好歹也算是学霸了。

    你应该找家里的女仆,那才算真正深入浅出、通俗易懂嘛。人家白居易写诗还追求老妪能解呢,你怎么不跟白居易看齐?”

    顾玩知道自己说错话了,稍微肢体语言安慰了几句,就让妻子住口了。

    麻依依挣扎不依了几下,最后还是撒够气了,乖乖开始读稿子。

    “……根据宇宙学家的观测,我们今天的宇宙的化学元素构成比例,大约是氢元素占宇宙中总原子数量的73%左右,氦原素占大约23%,而后续锂铍硼碳氮氧等一切更重的元素全部加起来,也不过是4%~5%。

    这个元素构成比例,让我们这个宇宙达成了今天这个样子。让恒星得以汇聚并开始持续、温和地进行核聚变并辐射出能量,让类地行星得以形成并环绕恒星,最终进化出生命。

    我们不禁要问,为什么会是这个比例?这是巧合还是必然?如果让宇宙重来一次,还会是这个比例吗?还会形成今天的世界吗?生命的诞生,有没有其先决条件的充分性?”

    导言写得倒是很危言耸听,而且小学生都能听得懂,至少知道这本书要讨论的是什么,现状如何。

    麻依依觉得这部分没问题,就继续往下看专业的部分。

    “宇宙中氢元素与氦原素的比例,乃至于其他比氦更重的元素的比例,最底层的决定法则,在于宇宙中质子与中子的比例。

    众所周知,标准的氦原子核是由两个质子加两个中子构成的,而标准氢原子是由一个质子、没有中子构成的。氦原子需要1比1的中子与质子,氢原子只需要质子。

    至于比氦更重的元素,在宇宙创世之初并不可能存在,因为它们都是恒星诞生后由于超高压核聚变反应产生的。在宇宙刚诞生的时候,那里只有辐射,只有高热和膨胀,引力和压力都是次要的,所以还轮不到核聚变登上宇宙的舞台。

    而第一颗恒星的诞生,距离宇宙刚刚诞生已经很遥远,是宇宙已经足够冷却后的产物,也就不在宇宙创世的讨论范围内。

    所以,问题的核心回到了那个最简洁的表述:宇宙创世之初,为什么氢原素和氦原素的总质量比例,近似接近3比1?为什么那个时刻,质子与中子的比例,接近7比1?”

    读到这儿,麻依依稍微心算了一下,确认数字没问题。

    (氢是纯质子,所以3份氢就有3份质。氦是质子中子对半分,所以1份氦的质量可分解为0.5份质和0.5份中。因此氢氦相加后,质子中子是3.5份比0.5份,也就是7比1。)

    “这就要从中子的生死存亡法则说起了。众所周知,中子在没有被固定到原子核里的时候,以自然游离态存在时,是极为不稳定的,会自动释放出一个电子,然后其本体衰变为一个质子。

    而且这个过程自然状态下并不可逆,也就是不带电的中子会衰变成一个带正电荷的质子,与一个代负电荷的电子。而带正电的质子与带负电的电子,却没法重新自发合成中子——这就是原子物理上常说的β衰变。

    不过,自然状态下上述衰变不可逆,却不代表宇宙之初时也不可逆——在宇宙刚诞生的0.1秒后,当时宇宙的温度高达1000亿度,在那样的环境下,电子会因为所携带能量过于巨大,而呈现‘强电子’的状态,这种强电子在撞击质子时,是可以做到与质子重新融合,变成中子的。

    所以,如果宇宙一直保持1000亿度的高温,那么那儿的质子与中子应该能永远保持五五开的比例,而不是现在的七比一。后续之所以不可逆了,是因为宇宙快速冷却了,无法保持一千亿度或者至少几百亿度的高温,仅仅十几秒钟后,温度就下降到了几十亿度,上述强电子与质子重新合成中子的自然逆向衰变,再也无法发生。

    到了这一步,问题也就进一步转化了:从中子开始批量因β衰变而‘死亡’、转化为质子开始,到宇宙的温度降低到足以产生稳定的原子核之前,还能活下来多少个中子?”

    麻依依读到这儿,书的第一部分的梗概大致就看完了。

    很宏大,后面第二部分则是各种严谨的计算。

    顾玩在书里演算了质子和中子能够组成氦原子核时,所需的温度——在之前1000亿度到几十亿度的时候,原子核都是没发存在的。因为太热了,基本粒子运动太剧烈了,原子核根本没法存在,因为束缚不住,会被质子和中子挣脱。

    原子核要存在,需要的上限温度是9亿度。

    也就是超过9亿度,所有原子都会崩,都无法以原子态存在,只能以离散的质子中子电子等基本粒子态存在。

    后续内容的核心,也就推演到了对“从宇宙温度降低到不足以支持贝塔衰变逆向进行,到进一步冷却到9亿度,花了多长时间。而在这段时间里,多少中子完蛋了”的计算。

    贝塔衰变的平均周期是15分钟。也就是说,如果当初宇宙在分别降温到这两个温度的时间点之间的间隔,超过15分钟,那么宇宙中所有的中子就都阵亡了,或者说只有忽略不计的极少数存活下来。

    今天的世界,将是一团纯质子、纯氢原子的世界,别的什么都没有。

    但幸好,宇宙降温到上述两个温度的时间点之间的间隔,没有15分钟那么久,所以这个世界有一部分中子幸存下来了,也就有了元素周期表后面的所有元素,而不是只有一个单一氢元素。

    星系,星球,文明,都应该感谢宇宙降温速度够快的不杀之恩。

    书中计算的过程很繁琐,最后顾玩初步计算出了一个大约3分28秒的时间,认定宇宙是在诞生后的3分28秒左右,降低到9亿度这个关键节点的。

    正是在这个节点上,还有占原本中子数四分之一的中子活了下来、还有四分之三的中子衰变成了质子,所以后续有了宇宙的一切。

    3分28秒这个时间,地球上其实从没有人写过,倒是有一个温伯格的地球大科学家,算过一个3分46秒的数字。

    (这个温伯格也是诺贝尔物理学奖得主,在地球上,他拿诺奖比发现宇宙微波背景辐射的彭齐亚斯等人,晚了一年。因为他逆推宇宙起源降温速度的运算,是需要依托对宇宙微波背景辐射的观测的。所以,顾玩也选择了在观测到了最新最低的宇宙微波背景辐射后,进一步做后续反演逆推计算。)

    如果顾玩的书就写到这里为止,那么他也不会比地球上的温伯格更牛逼。但问题就在于,他写的远不止到这一步。

    他的结论之所以跟温伯格不同,是因为他加入了其他辐射扰动变量。顾玩不仅仅是算了对宇宙微波背景辐射的反演,还加入了其他反物质、黑洞辐射误差等最新成果的反演。

    当然,具体还不止这些。其实这里面还有更多无法在几万字篇幅以内说清楚的干扰量。

    一言以蔽之,除了地球人当年需要用哈勃太空望远镜观测后、才因为宇宙膨胀速度观测重大误差,而提出的“暗能量”误差,没法被顾玩算到扰动变量里面以外。

    其他不依托超先进实验仪器、观测设备、纯靠理论脑补就能归纳出来的干扰变量,顾玩都算进去了。

    而且过程很清晰,基本上是加一道变量重新算一次,让人感受物理的美学。

    至于“暗物质和暗能量”,他只能暂时预言性地提一笔,诸如“如果未来发现宇宙膨胀速度与目前我们的认知量计算结果有误差,那么上述一切计算都得推倒重来,我们要随时准备好接受新的发现,并及时定义那些未知的物理量”云云。

    到了这一步,他这部新的科普专著,已经极为扎实了,甚至还埋下了更多立帖为证的坑。

    就等将来世界证明他的伟大,

    或者哪年他自己开个航天公司,自己花上20亿美元弄个轨道太空望远镜,类似地球人的哈勃那种。

    那样他就可以自己证明自己的伟大。8)

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