第1章 宇宙简史

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它与核反应堆一样，依据的同样是核裂变链式反应。

按理，反应堆既然能实现链式反应，那么只要使它的中子增殖系数k大于1，不加控制，链式反应的规模将越来越大，则最终会发生爆炸。

也就是说，反应堆也可以成为一颗“原子弹”。实际上也是这样，若增殖系数k大于1而不加控制的话，反应堆确实会发生爆炸，所谓反应堆超临界事故就是属于这样一种情况。

反应堆重达几百吨、几千吨，无法作为武器使用。而且在这种情况下，裂变物质的利用率很低，爆炸威力也不大。

要制造原子弹，首先要减小临界质量，同时要提高爆炸威力。

这就要求原子弹必须利用快中子裂变体系，装药必须是高浓度的裂变物质，同时要求装药量大大超过临界质量，以使增殖系数k远远大于1。

原子弹的装药，能大量得到、并可以用作原子弹装药的还只限于铀235、钚239和铀233三种裂变物质。

铀235是原子弹的主要装药。要获得高加浓度的铀235并不是一件轻而易举的事，这是因为，天然铀235的含量很小，大约140个铀原子中只含有1个铀235原子，而其余139个都是铀238原子。

尤其是铀235和铀238是同一种元素的同位素，它们的化学性质几乎没有差别，而且它们之间的相对质量差也很小。

用普通的化学方法无法将它们分离；采用分离轻元素同位素的方法也无济于事。

而氢弹是原子弹的加强版，里面是一个原子弹，外面是液体高压状态下的氘氚，只要达到了临界温度，大约1.6亿度，就可以发生核聚变。

核聚变的威力是核裂变的三至四倍，所以可以想象宇宙中的那一些恒星在无时不刻发生热核反应，是多么的威力巨大。

质子和中子又会结合在一起形成氦原子核，同时还有极少量的氘、锂、铍原子核。氢原子核和氦原子核的质量比为3:1。

由于宇宙的温度和密度迅速下降，更多更重的原子核来不及形成，氢和氦就构成了宇宙的物质基础。

在宇宙形成之后的一段时间里，由于光子与带电粒子的耦合作用，宇宙是不透光的，所以我们无法通过光学手段来窥探宇宙最初时刻的景象。

直到宇宙经历38万年的膨胀和冷却之后，脱耦的光子可以在空间中自由传播，宇宙才变得透光，这就是我们通过光学手段所能观测到的最早宇宙景象。

这些最古老的光子如今还在整个宇宙中游荡，各个方向的分布都非常均匀，它们被称为宇宙微波背景辐射。

由于空间膨胀拉长了最初光子的波长，这些光已经成了肉眼无法看见的微波。各向同性的宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸理论最有力的证据之一。

经过大约1亿年的演化，宇宙的温度开始适合恒星的形成。氢、氦气体云在引力作用下形成了质量巨大的第一代恒星，它们的核聚变反应可以产生各种重元素。

并且在第一代恒星的短暂一生结束之时，剧烈的超新星爆发不但可以进一步合成更重的元素，而且还能把重元素抛射到的宇宙中，成为下一代恒星的原料。

虽然恒星合成了重元素，但与氢和氦相比，重元素的比例非常低。经过138亿年后，如今宇宙中99%的物质（不包括暗物质）仍然是由氢和氦组成，并且它们的质量比还是差不多3:1，这也能作为宇宙大爆炸理论的有力证据之一。

在第一代恒星出现之后不久，星系开始形成，其中也包括我们的银河系。

如果我们现在观测最为遥远的宇宙，可以看到早期宇宙的星系都是一些尚在发育的星系，这也能支持宇宙大爆炸理论。

而且还有一些其他的理论，比较著名的是平行宇宙理论，也就是说，在我们的宇宙形成的时候，同时存在许许多多个奇点，发生了爆炸，从而产生了许许多多个平行宇宙。

星系的中心天体是恒星，所有的恒星都从通常被称为星云或分子云的气体和尘埃坍缩中诞生。

恒星的演化开始于巨分子云。一个星系中大多数虚空的密度是每立方厘米大约0.1到1个原子，但是巨分子云的密度是每立方厘米数百万个原子。

一个巨分子云包含数十万到数千万个太阳质量，直径为50到300光年。

在巨分子云环绕星系旋转时，一些事件可能造成它的引力坍缩。

巨分子云可能互相冲撞，或者穿越旋臂的稠密部分。邻近的超新星爆发抛出的高速物质也可能是触发因素之一。

最后，星系碰撞造成的星云压缩和扰动也可能形成大量恒星。

坍缩过程中的角动量守恒会造成巨分子云碎片不断分解为更小的片断。

质量少于约50太阳质量的碎片会形成恒星。在这个过程中，气体被释放的势能所加热，而角动量守恒也会造成星云开始产生自转之后形成原始星。

恒星形成的初始阶段几乎完全被密集的星云气体和灰尘所掩盖。

通常，正在产生恒星的星源会通过在四周光亮的气体云上造成阴影而被观测到，这被称为博克球状体。

质量非常小(小于0.08太阳质量)的原始星的温度不会到达足够开始核聚变的程度，它们会成为褐矮星，在数亿年的时光中慢慢变凉。

大部分的质量更高的原始星的中心温度会达到一千万开氏度，这时氢会开始聚变成氦，恒星开始自行发光。

核心的核聚变会产生足够的能量停止引力坍缩，达到一个静态平衡。恒星从此进入一个相对稳定的阶段。

如果恒星附近仍有残留巨分子云碎片，那么这些碎片可能会在一个更小的尺度上继续坍缩，成为行星、小行星和彗星等行星际天体。

如果巨分子云碎片形成的恒星足够接近，那么可能形成双星和多星系统。

在几百万年的过程中，w.ｕkａｓhｕ．原恒星达到平衡的状态，安顿下来成为所谓的主序星。

恒星大部分的生命期都在以核聚变产生能量的状态。

最初，主序星在核心将氢融合成氦来产生能量，然后，氦原子核在核心中占了优势。

像太阳这样的恒星会从核心开始以一层一层的球壳将氢融合成氦。

这个过程会使恒星的大小逐渐增加，通过次巨星的阶段，直到达到红巨星的状态。质量不少于太阳一半的恒星也可以经由将核心的氢融合成氦来产生能量，质量更重的恒星可以依序以同心圆产生质量更重的元素。

像太阳这样的恒星用尽了核心的燃料之后，其核心会塌缩成为致密的白矮星，并且外层会被驱离成为行星状星云。

质量大约是太阳的10倍或更重的恒星，在它缺乏活力的铁核塌缩成为密度非常高的中子星或黑洞时会爆炸成为超新星。

虽然宇宙的年龄还不足以让质量最低的红矮星演化到它们生命的尾端，恒星模型认为它们在耗尽核心的氢燃料前会逐渐变亮和变热，然后成为低质量的白矮星[2]。

不知道在那哪一个岁月里，在银河系的一个角落，一颗主序星开始形成，随后又不知道过了多久，开始变成红巨星，随后又变成了超巨星，不过就在这个时候。

它的引力似乎不够了，开始发生坍塌，剧烈收缩，巨大的引力势能转化为内能，又开始剧烈发光，变成了超新星！

随后发生了超新星爆发，巨大的亮度瞬间照亮了整个星系！