想体验素质教育？呵，那是要付出代价的。那好，我们从此洗心格面，随大流，积极地加入应试大军吧！先别慌，因为这也是要付出代价的。那怎么办？到底该怎么办？唉，这确实是个问题。给个建议吧！please！呵，你还是放过别人，自己琢磨吧。任何人提建议，都可能是费力不讨好，非但不讨好，却极可能讨骂的事。67大学毕业后，情况也正如爱因斯坦说的那样:毕业即失业。为了糊口，他去做过家庭教师，去苏黎世联邦观象台做过计算员。最后，在老同学哈比希特的推荐下，他去一中学做补习老师，但不久就被解雇了，原因是爱因斯坦在讲课时表现出来的独立性和自主性不合学校胃口,也即不按学校套路出牌。爱因斯坦陷入了低潮，加上他父亲的经济状况迟迟不见好转，一直都使他觉得自己就是家里的负担，还在上大学时，爱因斯坦就曾给妹妹写过这样一封信:“亲爱的妹妹:可怜的父母多年来没有一刻享福之时，他们的不幸使我心情十分沉重。作为一个成年人而只能消极旁观……对此丝毫也无能为力，这也使我深为苦恼。对亲人来说，我只是一个负担……我不活着，可能还好受些。唯一使我免于绝望的，就是我自始至终一直在力所能及的范围内竭尽全力，从没有荒废任何时间，日复一日，年复一年，除了读书之乐外，我从不允许自己把一分一秒浪费在娱乐消遣上。”在爱因斯坦的诸多信件中，这封信最能反映他那时的心态了。看到儿子迟迟找不到一个正式工作而陷入愁怅抑闷中，爱因斯坦的父亲十分心疼和难过。他瞒着爱因斯坦，拉下老脸，向奥斯特瓦尔德教授写信求情:“亲爱的教授：请原谅一个父亲为了他儿子的事情来打搅您。……我的儿子目前失业，这使他深感难过。他越来越觉得，他的事业已经失败，再也无可挽回。而最使他沮丧的是，他感到自己是我们的负担，因为我们的景况不好……”显然，这封用心良苦的信没有收到效果，因为爱因斯坦母校的那些教授们，从没觉得他是个做学问的料。还在上学时，有一个教授就这样劝告过爱因斯坦:“唉，你为什么非要学物理呢？你为什么不去学医学，法律或语言学呢？”后来，好朋友格罗斯曼看不下去了，他央求其父亲，最后在格罗斯曼父亲的交涉下，爱因斯坦才进入了瑞士专利局。终于有个可以糊口的稳定工作了，不容易啊。也就是在这段时间里，爱因斯坦像火山一样开始喷发了，而这种喷发，是在“偷偷摸摸”中进行的。爱因斯坦的传记作家之一，班诺什·霍夫曼是这样描述那段伟大日子的:“在专利局里，爱因斯坦立即学会了顺利打杂的工作，而这使他抢到极其宝贵的一点点时间，以做他那秘密的演算，当听到外面有脚步声越来越近时，他就把这些演算稿心虚地藏进抽屉里……”这就是爱因斯坦提出那伟大理论的工作环境。他后来以怀念的心情，把在专利局的日子比作:“尘世间的隐居生活，在那里我孕育了最优美的思想。”这就是爱因斯坦，他是个退过一次学，复读过一次，毕业即失业的人;他离过一次婚;他抛弃过自己的国籍(德国军国主义的国籍);他有两个儿子，有一个控告过他，这让他异常难过;他与后妻艾尔沙有两个女儿，后来死了一个，这也让他异常伤心;他曾经的祖国悬赏2万马克，目的只是要他的人头，因为他是个彻头彻尾的和平主义者;他曾向大学申请教师职位，遭到拒绝，转而向一中学申请老师的工作，也遭到拒绝;他曾说，看守灯塔的工作对科学家来说是最适合的职位;他曾被以色列提名当总统，而他却婉言谢绝………在中国的广播电台中，有一个《Music Radio--音乐之声》电台，李宗盛为music radio的台歌写过这样几句歌词：“这世界是如此喧哗让沉默的人显得有点傻这些人是不能小看的啊如果你给他一把吉他”也曾几次听过别人说过这样的话:“孤独的人是可耻的！”请恕我无知，我至今仍没有弄清楚这句话的出处，更不知道这样的话是在什么样的情景下说出来的，但是，我一直从心里反对着这句话---相比那些搬弄是非，挑拨离间，这里唧唧，那里喳喳的活跃分子们，孤独的人实在是要高尚的多得多。有人说，柏林的大学教授分两类，一类是爱因斯坦一个人，另一类是其他所有人。终观爱因斯坦的一生，如果我们非要用一个词来形容的话，那就是孤独！深深的孤独！伟大而又可怜的孤独！不被人理解却又义无返顾的孤独！他曾这样剖析自己，其剖析是如此大胆而深刻，以致我们完全可以通过这段话来结束对爱因斯坦的了解。他写道:“我对社会正义和社会责任的炽热兴趣，同我显然的对别人和社会直接接触的淡漠，两者总是形成古怪的对照。我实在是一位孤独的旅客，我未曾全心全意地属于我的国家，我的家庭，我的朋友，甚至我最接近的亲人；在所有这些关系面前，我总是感觉到有一定距离并且希望保持孤独，而这种感受正与年俱增。这种孤独有时不免有点难受，但我并不因为得不到别人的了解和同情而惋惜。诚然，我由此而失去了某些东西，但我也同时得到了补偿，因为我将不为别人的习惯、意见和偏见所左右，并且能够不受诱惑地把我的内心平衡建立在这样一些不可靠的基础之上”。在这如此喧哗纷杂的世界，只有孤独的才是自由的，只有自由的才可能是伟大的。向最伟大的爱因斯坦致敬！注：以上几节，有关爱因斯坦的书信和语录和事迹，参考于《爱因斯坦谈人生》《布鲁卡的脑》--萨根 ；《爱因斯坦传》68从现在开始，我们要站在一个更高的角度来认识“质量和能量”的正确关系:质量就是锁闭的能量，能量就是释放了的质量。这种认识的改变，是爱因斯坦带给我们的。古人说:物质不灭！这是传统的哲学思想。现在回过头来看，这种思想是错的。除非我们加上一个条件:物质=能量，物质不灭才是正确的。爱因斯坦就这样改变了我们的哲学观，而他用的却是物理的方式，我们不禁要问，物理学家和哲学家到底是什么关系？I· BerylhaPll说:“在许多意义上，理论物理学家只是穿了工作服的哲学家。”1905年，爱因斯坦在3月和9月发表了四篇论文，人们把这四篇论文说成是“划过黑夜的闪电”。其中，有一篇的论文题目是《物体的惯性与它所含的能量有关吗？》。这里所说的惯性就是物体的质量。爱因斯坦根据相对论的理论计算，推导出了那个著名的质能公式E=mc2。在那篇论文中，爱因斯坦得出了几个惊世骇俗的结论:物体的质量是它所含能量的一种量度，如果能量改变了，其质量也就改变了。如果物体以辐射的形式放出能量，那么辐射就在辐射体和吸收体之间传递着能量。通过这些结论，我们可以得出一些有趣的现象。比如，你坐在炉火边烤火，因为你接受炉火的热辐射，体温升高，所以你的体重会增加。你坐在一高速飞行的飞机上，你跟飞机有着同样的速度，因此你的动能增加了，所以你也变重了。现在我们已经知道，质量和能量，其实就是同一个物理量的不同名称。质量可以转化成能量，能量也可以生成质量。它们之间的转化系数是c2，即光速的平方，也即300000×300000。所以，从另一个角度来说，我们每个人都具有无比巨大的能量(体重乘以光速的平方)。在很多人的眼里，爱因斯坦的理论似乎只跟核能有关，这是不对的，实际上它通用于日常生活的方方面面，虽然这种效应很小很小，但总归是发生了。我们可以视而不见，但有必要去懂得它的原理，并把质量能转化成能量当成一种常识。根据爱因斯坦的理论，只要有能量转移，就有质量转移。所以在一般的燃烧过程中，质量也会减少，只是减少的非常小，我们难于观察而已。“事实上，在烧一节木头时，如果我们仔细地称量木块，灰烬，碳渣和闪着火焰的热气的质量，就会发现，有一小部分质量消失了:它们被转化成能量了。(选自《可怕的对称》)”另外，用能量生成物质的例子也很平常。在现代的粒子加速器里，人们把电子加速到接近光速时，就会发现它们增重了十几倍。还有，物理学家保罗·狄拉克在1930年曾预言:假如我们在某个地方聚集起足够的能量，那么在这个地方就会生出以前不存在的粒子。并且这些粒子是以物质与反物质的形式出现的，即创生出一个电子的同时必会生出一个反电子。当时人们还不知道反物质是什么玩意儿，后来科学家们在宇宙射线里发现了反电子，并且陆续地，人们在实验室里用能量制造出了各种反粒子，如反质子，反中子等等。至此，保罗·狄拉克才因他的大胆预言而跟另一科学家同获诺贝尔物理奖。因为爱因斯坦是如此著名，以至人们总是认为 : 核武器的巨大威力是根据相对论得来的，没有爱因斯坦，就不会有原子弹，氢弹和核电站。萨根说，这是不对的，就算没有爱因斯坦的E=mc2，各种核武器也照样可以造出来。而大名鼎鼎的量子力学奠基人海森堡也说，这是误会。在他那本《物理学和哲学》的书中，海森堡是这样说的:“原子爆炸中，能量的大量释放是爱因斯坦方程正确性的另一个更为惊人的证明。但我们可以在这里补充一点批判性的历史评论。时常有人说，原子爆炸的巨大能量是由于质量直接转化为能量，并且只有根据相对论，人们才能预计这些能量。然而，这是一种误解。原子核中可利用的巨大能量早在贝克勒耳、居里和卢瑟福的放射性衰变的实验中就已经知道了。任何象镭一样的衰变物质产生的热量差不多比同等数量的质料，在化学变化过程中释放的热量大一百万倍………”69似乎地球人都知道了:一小点点的质量就能转化成巨大的能量！著名科学家和科普作家卡尔·萨根说，一克的质量完全转化成能量的话，与1000吨TNT炸药放出的能量相当;而保罗·戴维斯则说，一克质量转化的能量，同比需要10亿美元才能买得到(嗯，这似乎跟油价，煤价有关);一本由中国专家编写的书上说，一吨标准煤完全燃烧，释放的能量等于0.028毫克的质量转化的能量。从另一个角度来说，你家花好几百块钱买一吨煤来过冬，可结果只消耗其0.028克而已。反正闲着也没事，让我们算算煤燃烧的质能转换率吧:0.028÷(1000×1000×1000)×100%=？呵，这还真不好算……总之从质能转化率来说，你家煤的利用率是很低很低很低的！燃烧一吨煤，最多也就损失0.028毫克的质量。难怪爱因斯坦说，嗯，质量是个富有而吝啬的守财奴！它不会轻易就让自己消失，换来能量。也许你想到了，原子弹，氢弹的转化率就高多了。当然，相对来说，是这样的。氢弹的利用率可以达到1%。即，氢弹中100克的氢燃料，爆炸后，只有一克氢转化成能量。唉，质量真的是个铁公鸡，是个守财奴。看来，我们要想达到100%的转化率，以便来缓解我们的能源危机是不可能的了。不过，等一等，我们也许还有别的方式，比如正反物质的湮灭。一个质子和一个反质子相遇，就会湮灭，自身全部消失，全部转化成能量。这种转化率就是100%了！当然，湮灭后的能量会生成少量的其它粒子。但我们算的是在能量生成物质前的情况。呵，反物质真是神奇呀！它是宇宙中效率最高的燃料。我们若能用上反物质，那英雄杨利伟下次登月时，就不会那么憋得慌了。我们完全可以把现今那巨大的燃料仓改装成三室一厅一厕所，让他舒舒服服的。因为所有的燃料只要几克反物质就够了。啊！星际旅行不再是梦想！呵呵，我们还是停止幻想吧。首先，反物质不是石油，煤碳和木头，可以从地球上挖出来(虽然可以由反物质构成石油煤碳和一切)。上节我们说，只要聚集足够的能量，就能无中生出反物质。而反物质湮灭又能生出能量。因此，能量是守恒的，这是宇宙的法则(大家不要再去构思永动机方案了)。所以，造出反物质，并拿去发电，这肯定是超级的亏本买卖。另外，就算我们在宇宙的某个角落找到反物质，可我们怎么去把它拉回来呢？除非我们的飞船，还有我们自身都是由反物质构成的。可如果我们自身是反物质构成的，那我们找到的那个“反物质”就不是反物质了。所以，除了少量的反物质我们可以在实验室里用“磁瓶”装起来外，大量的反物质我们是无法包装并运输的。至少现在不能。看来，要想从多的不能再多的物质中转化更多的能量，只有从裂变和聚变入手了！原子弹代表裂变的方式，氢弹代表聚变的方式，看似两种不同的方式，其实殊途同归！在历史上，科学家们是先发现裂变，然后才搞出聚变的。但是，为了能让没有很好或者还没有接触核物理的同学们，更深地懂得其原理，我们应该先从聚变讲起。说起聚变的那些事儿，有很多有趣的东西。这种有趣首先体现在人类认识聚变的过程上……70聚变在地球上出现的机会很少，一般都是发生在氢弹的爆炸中，以及科学家的实验室里。这容易给人们造成误解，认为聚变是极其罕见的物理现象。但实际上，它可能是宇宙中最常见，次数最多，规模最大的物理反应了。很难想像，这样的问题不会被人们去思考，即，太阳这个大火球，它凭什么每天都发出光和热？在遥远的过去，人们当然不能对此作出科学的解释。但是，这总得有个说法呀，于是神便出面了：不要再想了，太阳之所以天天放光，东升西落，亘古不变，是因为它是神，太阳神！这似乎是最省事的办法，凡是不能解释的，嘿嘿，别急，咱们可以把它归入神的范畴。大家可别笑，认为这是古人的愚昧。其实我们现在依然如此:遇到现代科学不能解释的，我们就会把外星人强拉出来，外星人似乎充当了过去全能的神，凡是人类不可能做到的，外星人都能做到。现代社会,外星人跟远古的神同是一个角色。这么说并不表明，现在的人们跟古人一样愚昧。实际的情况是，人们都有一个爱好，或者说是一种习惯:即，认为凡事都得有一个说法，没有一个说法就会让人憋气。因此，对某些神秘现象的解释，不一定对，但必须有！基于这一点，那些现代科学还不能完全做出解释的神秘现象，却不乏各种人士对它们做出种种解释，而对于这些解释的可信度，也就可想而知了。把太阳归为神的解释延续了好几千年，直到宗教的逐渐没落和近代科学的崛起，才使人们鼓起勇气重新认识太阳。 那么，现在我们就来看看，一百多年前，人们是怎么认识太阳的。开始的时候，科学家们认为，太阳能发热发光，肯定是在燃烧，那什么才能持久地燃烧呢？哦，那只能是煤了，总不能是木头吧？对，太阳就是一个大煤球！什么！太阳是个正燃烧着的大煤球？难道他们的大脑……进水了吗？呵，这可真是滑稽呀，估计诗人们若是知道太阳是个煤球，只是比较大而已，那就不会出现那么多有关太阳的诗了。把太阳看成煤球的是个德国人，他叫迈尔(1814-1878)，是个医生。后来他计算，假如太阳就是一个煤球，那它顶多燃烧4600年。显然，这太短了。光人类社会就不止5000年呀，所以，神圣的太阳不是一个煤球。然而，有这个想法的迈尔却是个不折不扣的“大霉球”。他是第一个提出能量守恒定律的人，可惜的是，能量守恒这种思想在当时太前卫了，更不幸的是,他还是个医生，所以当时的物理学家们大都不相信他，并且认为迈尔是个疯子！迈尔当然不服，他更加努力地做实验，并且到处演说，结果，工夫不负有心人，人们更加相信他真的就是个疯子了。呵，这真是倒霉。不过更倒霉的还在后面，1850年一个黑乎乎的晚上，他的妻子在家里为他请来了一名精神病医生。啊！我的天！连老婆你也不相信我了？迈尔到了崩溃的边沿，他推开窗户，充满委屈地跳了下去，更加倒霉的是，他竟然没有被摔死，一了百了，而是从此摔成了一个真正的精神错乱者。人们大都知道，自然界的三大定律之一——能量守恒定律，其发现者是大名鼎鼎的焦耳。却很少有人知道有迈尔这么一个人，然而他才是最先提出这种思想的人，只不过是，没人理他而已……继续说，在迈尔还没有大脑错乱前，他就抛弃了“煤球说”，然后，他不言放弃,又提出了另一种说法：“陨石说”。他认为，太阳之所以这样万丈光芒，是因为有大量的陨石和小行星撞在太阳上，从而生出如此多的热。呵，这似乎是个好主意，也比较好想像，就好似从地球上看到的流星雨，而当陨石撞在太阳上时，发出的光和热将更为巨大。不过，科学家们计算，撞击太阳的物质，每克可以提供大约1.9亿焦耳的能量。要想让太阳一年四季都能如此发光，每年就必须有大约百分之一地球质量的流星物质撞到太阳上。如此说来，太阳每年是增重的，质量的增加必然也会增加太阳的引力，这样的话，围绕太阳转的地球轨道就会逐渐改变，但天文学家们对照几百上千年的地球和其它行星轨道，并无此发现。所以，“陨石说”是说不通的。那么，太阳到底是因为什么，而如此光辉无限，亘古不变呢？后来，有个叫赫尔姆霍茨的德国科学家认为，太阳之所以发出光和热，是由于太阳在不断地收缩，一收缩，就把势能转化成热能了。注意，在这个过程中，太阳质量并不增加，所以绕过了行星轨道改变的问题。平时，我们很少看见势能转化成热能的情况，但我们可以做个小实验，把自家的铁锤高高地举起，再让它自由落下，砸在一轮角分明的石头上，这时，你就会看到火星四溅(黑暗中最明显)。不过，另一个例子更直接，三峡大坝把长江的水位人为地抬高148米，当水从一百多米的高处落下，急速地冲击发电机的叶轮，这就生出了电，当电流过灯泡时，就会发光发热，到此，水的势能转化成了热能。太阳的半径是696000千米，是地球的109倍。如果太阳的半径缩小了五千米，则太阳上的物质也会向内心掉五千米，这时，由势能转化的热能是巨大的，如果这种热能不是在长年累月中慢慢释放出来，而是在几分钟内就释放完毕，那我们的地球多半就被烤焦了。赫尔姆霍茨经过计算，他指出，若是按他的收缩理论，则太阳的年龄就是2200万年，现在它还可以再放出1000多万年的光和热。显然，“收缩”理论是维持太阳年龄最长的理论。人们再也找不出比这更好的说法了，所以，这种理论维持了50多年。直到科学家们对微观核裂变的研究，获得了同位素测年法，并已粗略地计算出地球的年龄就有好多亿年(克莱尔·彼得森于1953年精确地计算出地球的年龄是45.5亿年，误差7千万年。)因此，收缩理论是明显站不住脚了。怎么，难道太阳系里处以家长地位的太阳，还没有他第三个儿子的年龄大？于是，太阳的年龄当时又成悬而未决的事情了。也是直到科学家们对微观粒子的研究后，对太阳的根本认识，这才初见端睨。爱因斯坦的观点“物质是凝固了的能”一经推出后，便有人在暗暗猜测：太阳的活动基础，也许就是原子转换中的质能转换。对这种猜测进行理论研究的是阿特金逊和豪特曼斯。他俩是幸运的，为了找点什么事来消磨时间，阿特金逊和豪特曼斯几乎是开玩笑地讨论了当时悬而未决的太阳能源的问题，据说当时阳光正从他们的上方照到他们的头上。他们的理论出发点是建立在太阳能量的来源，是由于轻元素原子的融合这一假设上。所以，一开始他们就走对了路。关于豪特曼斯，还有件趣事：在一个晚上，豪特曼斯同一位漂亮的姑娘一起散步。当时夜幕已经降临，繁星闪耀着美丽的光芒。姑娘感叹地说：“它们闪烁得多么美丽啊!对吗? ” 也许那个漂亮的姑娘只是想用星星来提醒豪特曼斯：注意！我们目前很浪漫！然而，豪特曼斯回过神后，立马挺起胸脯郑重地说：“从昨天起，我才懂得了它们为什么会发光。”嘿嘿，这是那里跟那里呀。姑娘听后便无反应。71上次我们说到了聚变，并引出了太阳的热源问题。那么，到底什么是聚变？聚变的原理又是什么呢？其实非常的简单，也许你是初中生，抑或是小学生，但都不用怕，因为这真的很简单。所谓聚变，就是“聚在一起并发生变化”。我们似乎可以用个数式来打个比方:1+1〈2在这里，我们并不是要去证明，1+1在什么样的情况下小于2。而是要说，在聚变的过程中，一克的质量加上一克的质量真的小于两克，而少的那一部分质量就转变成了巨大的能量。这就是聚变的本质，聚在一起并发生了变化！下面我们就以太阳为例，细说一下聚变的原理。大家都知道，地球基本上是个固体球，太阳呢？嗯，她可是个气体球，只是气体的密度比较大而已。实际上，所有像太阳一样在夜空中闪烁的星星大部分都是由气体组成的球。太阳上都有些什么气体呢？或者说太阳上都有些什么物质呢？这在100多年前，那可真是一个迷。1825年，有个叫孔德的哲学家信心十足地说:“恒星的化学组成是人类绝对不能得到的知识。” 嗯，你看孔德多有脑子，话说的那么大气，那么的权威，那么的掷地有声，最主要的是，人家还让你找不到任何破绽。怎么？你不服！好吧，那我们就请八戒这位勇敢的仁兄辛苦一下，坐着神舟9号去太阳旅旅游，顺便抓些太阳“土”回来，好好研究一下。八戒说，嘿，你想把我变成烤猪吗？抓些太阳土，呵，只怕带回我的骨灰还差不多。这么说来，我们现在无人能登上太阳，那也就不可能知道太阳的成分了。嗯，事情当然不是这样的了，孔德也许不是很懂科学。科学的最终目标是，把很多的不可能变成可能。难道我钻不进你肚里，就证明我永远不可能知道你在想什么鬼主意了吗？不可能。随着光谱学的发展，科学家们终于知道，太阳主要由两种元素组成，那就是氢和氦。大家现在也知道了，氢元素是第一号元素，氢原子由一个质子和一个电子组成。所以氢原子核就是质子，质子就是氢原子核。氢是宇宙中最多的元素，在地球上也很常见，人们用来充“氢气球”的气体就是氢气。只是，地球上的氢元素大多是以化合物的形式存在。而在太阳上，情况就不是这样了，因为太阳内部很热，达到1500万度。在这种温度下，氢是以什么形式存在呢？让我们从头说起吧，上个世纪，科学家们就能把任何气体冻成液体，甚至是固体。氢的凝固点是零下259.1度(101千帕压强下)。现在，我们的面前有一瓶密封的氢固体(不是很满，并假设瓶子是无限坚固的)，好了，我们现在给零下259.1度的氢固体微微加热，过会儿，氢固体就变成了可以流动的液体，氢分子活动性增强。接着，我们再加热，液体就变成了气体，氢分子活动性继续加强，它们之间的距离加大，本来是邻居，现在则互相远离。再接着，我们给氢气(氢分子)继续加热，再加热，一直加到很高很高的温度，这时，氢分子家庭就要闹分家了，它们以单个的氢原子存在。最后，我们再把温度提高到十多万度，呵呵，氢原子最终也坐不住了，它也要闹分家，结果把自身分成了电子和氢原子核(质子)。这下，大家彻底的独来独往了，谁也管不着谁了，谁也碍不着谁了，多好。为什么温度一升高，分子就要分家，原子就会解体呢？首先，太阳的质量相当大，产生的引力也大，她的引力不光作用在地球上，更多的是作用在自身上，因此太阳内部的压力很巨大，而压力又跟温度成正比，压力越大，温度越高，温度越高，压力越大。太阳的压力可以在其内部营造出一千多万度的高温。而在第5章中，我们知道了:所谓热，就是物质内部的分子或原子运动的表现。这句话在地球上是正确的，如果放眼宇宙，我们就该这样说:热是物质内部微观粒子运动的表现。越热，粒子运动的越快，反之，越快越热。好了，现在我们也知道了，太阳内部的质子啦，电子啦，运动速度都非常的快，达到每秒几百上千公里。而氢原子中的电子本来是围绕质子转的，就像卫星围绕地球转一样，当电子的速度越来越大时，就会逃离质子的束缚。就好像是，地球的速度足够大，就可以逃离太阳系一样。刘慈欣的科幻小说《流浪地球》，说的就是这样，先给地球装上巨型发动机给地球加速，然后逃离危难中的太阳系，直抵半人马座。那规模极其宏大的场面，在中国的科幻作家中，也只有刘慈欣能写出来………………………………72现在我们已经知道了，太阳内部由于巨大的压力和温度，所以里面那些原子，其电子和原子核都是分家的。因此，我们可以想像，太阳内部其实大都是一锅质子粥加上一锅电子粥混合起来的汤。在这锅大汤中，质子和电子发了疯似的高速乱跑。在说聚变的过程之前，我们先来了解一些必要知识。即:中子，质子和电子的相互关系。呵，它们能有什么关系呢？当然有了，这三种粒子共同构成原子这个大家庭，肯定是有关系的，而且还很近，近乎血缘关系。平时，电子是绕原子核转的，但是，我们之前说过，太阳内部不是这样，电子是到处乱蹿的，在这个乱蹿的过程中，电子免不了会与质子亲密接触，呵呵，这下麻烦了，电子本来带负电，而质子带正电，它们这一碰，就把双方的电荷中和了，没电了，蔫了，就像正一加负一等于零一样。于是，中子便诞生了，所以中子是不带电的，中性的。电子和质子粘在一起就成了新的粒子---中子。但是，如果中子不是老老实实地待在原子核这个保护壳里，其生命也是很短暂的。17分钟左右，它就分解成了质子和电子。而在一定的条件下，质子自身也会发生衰变:变成一个中子，一个中微子，一个正电子(注意，是正电子，所以电荷守恒。正电子是电子的反粒子)如果我们用式子来表述他们的关系，那就是：中子=质子+电子+中微子质子=中子+正电子+中微子刚才是电子与质子相碰撞的情况，现在我们说质子与质子相碰。相比上一过程，这个过程的发生要难的多的多，因为质子带的都是正电荷，异性相吸，同性相斥。当质子们互相接近的时候，巨大的电磁力就会把它们排斥开。科学家们计算，要想让质子们能够相撞，太阳内部必须有几百亿度的高温，而现实的情况是，太阳内部只有一千多万度。看来，太阳里的质子们是不能互相接吻的了。而要发生聚变，就必须质子与质子相撞。这个矛盾让很多早期的科学家们相信：太阳的能源绝对不是来自聚变！最后，这个矛盾的解决，是基于乔治·伽莫夫的“隧道效应”。而隧道效应是建立在神奇的量子力学之上的，所以隧道效应自然也很神奇。我们可以打个比方来说一下隧道效应:一群被判无期徒刑的犯人被关在一深墙大院内，那墙是如此的高，以至任何人也别想翻过，或跳过那道围墙。但是，经过很多年，有的犯人可以直接穿过墙壁而逃到外面去。这有点像“穿墙术”。呵呵，劳改犯们，你们先不要着急高兴，不要以为:啊！我们终于可以整一把“越狱”了！因为，这种概率是如此之低。正如中国最最出色的科普作家所说:“你化成一团概率波直接穿过墙壁而走到房子外面，怎么说呢，不是完全不可能的，但机会是如此之低，以致你数尽了恒河沙，轮回了亿万世，宇宙入灭而又涅了无数回，还是难得见到这样的景象。”(量子力学史话)现在矛盾解决了，质子在15000000度高温下仍然不具有足够的速度让它们相撞，但是根据隧道效应，它们相撞了，虽然概率是如此之低。但同时太阳内部的质子数又是如此之多，以致发生的次数就很多很多了。就像是抽奖，假如平均来说你抽1000次就可能中一次，那么你抽一万次就会中10次，而你抽一亿亿亿亿次后，你肯定就是名副其实的中奖大户了。由于科普读物是如此众多，以致现在的初中生们也知道:所谓聚变，就是氢原子聚变成氦原子的过程。是的，我们一般所说的聚变就是这样。那么，氢原子核是怎么聚变成氦原子核的呢？首先我们先复习一下，氦原子核里面有两个质子两个中子，核外有两个电子。氦原子是第二元素，也是第二轻的元素。因为太阳里面的原子，其电子与原子核是分家的，所以，聚变其实就是氢核聚变成氦核的过程。那么，它们又是怎么合成的呢？这存在很多种方案，就像北京与罗马之间存在很多条路一样。现在我们来探讨一下可能存在的方案。一、先是两个质子相撞，并连在一起，组成了一个核，接着，一个中子撞进来，再接着，一个中子又继续撞进来，到此，氦核形成了。(这似乎是最直接的方案)二、还是两个质子先相撞，之后，有一个电子与这“两个质子核”相撞。于是，电子与其中的一个质子变成了中子，这时，就成了氢的同位素:氘(dao)。氘核再与另一个氘核相撞，于是氦核便形成了。三、一个电子与质子相撞，形成了中子，中子与质子相撞，形成了氘核……(同上)四、先形成一个氘核，氘核里再撞进一个中子，形成氚(chuan)核。这时，氚核与另一个氘核相撞，之后，再放出一个多余的中子，于是氦核形成。五、两个质子相撞后，其中一个质子发生衰变，生成一中子，并发射出一中微子，一正电子。这时，氘核形成，如果氘核再与一个质子相撞，就形成了由两个质子和一个中子构成的氦核，此时的氦核是氦的同位素氦3，化学式He3。当He3与另一个He3相撞，并同时放出两个质子，这时，具有两个质子两个中子的氦核便形成了。六、………可以想见，我们还可以继续往下列出各种方案，一直能列到你若不用火柴撑住上下眼皮就会呼呼大睡的程度。以上五种方案，最简单的是第一种，其次第二种，第三种。而最麻烦的，最没事找事的是第四第五种。然而，实际的情况是，在氢弹里面，我们用的材料是氘和氚。即第四种方案。而在太阳的内部，科学家告诉我们，基本上都是按第五种方案来进行。这个无奈的现象告诉我们，有时候，看似最便捷的路，其实是最难的路;最简单，最快的方法，有时候并不是最现实的方法。而看似最笨的方法，却恰恰可能是最聪明的方法。因此，如果以后有人向你推销“英语速成班”，“考研速成班”，“作家速成班”，“减肥速成班”，“容光焕发速成班”，“赚钱速成班”时，你一定得多留个心眼。73在上节我们已经说了，在太阳里，氢原子是通过什么方式变成氦原子的。其实，通过什么方式只是个细节问题，关键的是本质:四个(不多不少)氢原子组合成一个氦原子。我们说聚变，当然是来探讨，为什么聚变后会放出巨大的能量。原因当然很简单，科学家们经过精确地测量之后，发现:每个原子核的质量，总是小于组成它的单个核子的质量之和。(质子和中子统称为核子)。氦原子核由两个质子和两个中子组成，按理，在质量上应该是这样的:氦原子核=质子+质子+中子+中子不过科学家告诉我们，这个等式是不成立的。不光是氦原子核，任何一个由两个以上核子组成的原子核都是这样的。天上有可能会掉陷阱，但绝不会掉馅饼，聚变放出的巨大能量正是以自身质量的减少换来的 。即:氦原子核<质子+质子+中子+中子另外，核物理学家们把单个核子组成原子核时放出的能叫结合能。其实，结合能是个很普遍的概念，如水蒸汽分子结合成水滴时要放出能量(这就是为什么100摄氏度的水蒸气相对于100摄氏度的水来说，水蒸气对人的烫伤要严重的多);水分子结合成冰或雪花时也要放出能量(这也是为什么下雪时不冷，而雪化时却很冷的原因，因为雪化时吸收热量，水结冰时要放出能量)。只不过，在这些过程中放出的能量使它们前后质量的变化非常微小，难于察觉。还有，核子结合成不同的原子核时，单个核子平均下来，损失的质量也是不一样的。经研究发现，核子组成铁原子核时损失的平均质量是最大的，而损失的平均质量越大，其单个核子的平均结合能就越大。铁元素是第26号元素，26号以前和以后的元素的平均结合能是逐渐变小的。我们可以打个比方来说明这个问题。假设，四个核子组成氦核后，损失的质量为8，那么单个核子平均下来就损失2;又假如235个核子组成铀原子核后损失的总质量为235，那么平均下来，单个核子就损失1。从这里，我们就可以推出原子弹的原理。相对于“聚变”，原子弹的过程就是“裂变”，即第92号元素铀，其原子核裂变成其它两个较轻的原子核。刚才我们也说了，从铁元素，也就是26号往后的元素，核子损失的平均质量越来越小。那么当铀原子核分裂成大致相等的两个新核后，这两个新核的原子序数基本上是在26和92之间，所以，在这两个新核中，单个核子损失的平均质量又变大了。这样的话，铀核分裂后，质量肯定会减少，减少的质量就用来放出那魔鬼般的能量。刚才我们的解释有点僵硬，还是来打个比方较好一些。为了便于想像，我们把每一个核子(质子和中子)都比作成一粒葡萄。现在，我们把235粒葡萄组成一大串诱人的葡萄，这时我们发现，这串大葡萄的总质量减少了，一共减少了235毫克，平均下来，每粒葡萄都比以前减少了一毫克。八戒说，呵呵，幸亏这是比喻，要是真损失了235毫克质量的话，我们几个肯定会被炸成灰的。我说，正确，这就是基于聚变原理的氢弹，威力那么巨大的原因。好，我们接着往下说。现在摆在我们面前的，是一大串诱人的葡萄。这时，来了一小只大馋猫还有一只大饿鼠。它们说，非常想吃葡萄。我说没问题。八戒说，可是你怎么把这大串葡萄分成两串小葡萄呢。我说，我的功夫高着呢，你看好了，我只要用手中这一粒多余的葡萄(中子)向那串大葡萄砸一下，那么，那拥有235粒葡萄的大葡萄串就会分成大致相等的两串了。我一砸，果然不出所料，被我砸成了两串。八戒说，你真牛。我说，嘿，这算什么。如果你有兴趣的话，你把这两串小葡萄，还有地上散落的那两粒葡萄放在一起称一称，看一看。八戒说，咦，我称了，这两串小葡萄，再加上地上散落的那两粒葡萄，其质量与原来的那串大葡萄相比，又减少了235毫克。也就是说，每粒葡萄在原来的基础上又减少了一毫克。我说，这就对了。原子弹就是通过这种裂变的方式，质量减少，并释放出巨大能量的。到此，我们已把原子弹的原理(裂变)，还有氢弹的原理(聚变)讲完了。然而，人类对它们的开发利用才刚刚开始。众所周知，一座20万千瓦的火电站，一天要烧掉3000吨煤，运送这些煤需要100辆火车。而发电能力完全相同的核电站，一天大约只需要一千克铀，这一千克铀只有三个火柴盒的体积。这就是为什么，世界各国，包括我们国家，积极兴建核电站的原因。现在，我们国家计划中的，或在建的核电站正在逐渐增加。我一个本科的同学，毕业时，核电站来要人，月薪开到10000元。这么高的工资，并不是说核电站的辐射大，安全没保障。实际上，若一个核电站连自身工作人员的安全都不能保障的话，那是不可能正常运营的。给你这么高的工资，是要你工作时认认真真，不要打马虎眼，因为这玩意儿是马虎不得的。虽然核电站可以部分解决我们的能源问题，但是，其缺陷也不少。首先，核燃料如铀矿等，并不是取之不竭的。终有一天，这些为数不多的铀矿将会被我们用完。其次，核电站发电后，会有大量的核废料，这些废料具有很高的放射性，对人的危害很大。现在的处理办法是，挖一个很深很深的坑，然后用铅桶把废料装起来，扔下去，再填土。这种处理方法是具有风险的，如果发生地震，导致地壳运动的话，那些核废料就会扩散。相对来说，这还是比较人道的做法。而有的国家，诸如美国，在早期是直接把装有核废料的集装箱倾入大洋。核废料带给人类的危险是持久的。在美国的地下，就有50颗“原子弹”在活动，那是核废料积累起来的“原子弹”。美国的核研究家说，要清理国土上那些早期被核废料污染的核武器工厂及重要军事设施，至少要花费1300亿美元，在技术上的难度不亚于当年的阿波罗登月计划。看来，基于裂变原理的核电站并不是十全十美的。但我们不用惋惜，如果有那么一天，我们能和平地，轻易地，安全地，低成本地利用“聚变”能。那我们这个世界将彻底的天翻地覆！同等条件下，聚变放出的能量是裂变的4.14倍。另外，聚变的燃料与裂变的燃料相比，具有极其丰富和十分干净的先天优势。聚变所需要的氘，大量地存在于地球上的海水中，如果全部提取，够我们用1000亿年，这个时间比太阳剩下的年龄还要长20倍。所以，我们只要能和平高效并低成本地利用聚变能，那就等于一劳永逸地解决了能源问题。人类的发展，将不可避免地跨上一个前所未有的高台阶。梦想是美好的，而现实是残酷的。虽说聚变能源有百利而无一害，但是，要想实现它，又谈何容易。首先，聚变需要上千万到亿度的高温，在地球上怎样达到这个温度呢？经过科学家们半个多世纪的努力，这个温度用激光等方式可以实现了。然而，要想让聚变燃料发生聚变，我们就必须把这些燃料集中起来，并提高温度，它们才可能聚变。可是，我们用什么容器去装这些聚变燃料呢？用铁锅吗？显然不行，任何一种容器，在区区几万度的高温下，全都会变成气体或是等离子气体，更何况是在几千万度的超高温下。看来这个问题是无法解决的了，不过，办法总是有的。科学家们想出了一个能把燃料集中起来却又不怕任何高温的办法，那就是磁场。我们可以用磁场把聚变燃料包起来，这叫磁约束。采用这种原理而建造的装置就是大名鼎鼎的“托卡马克装置”，人们形象地把它比作“磁瓶”，或者“磁笼”。相对于磁约束,还有惯性约束的方式，即用高能激光打在氘氚小丸上,产生高温高压,使其聚变。目前，科学家们用激光已能使直径为一毫米左右的氘氚小丸发生小规模的聚变。但是，这需要极高的能量，而这种能量还处于入不敷出的间段。就是说，聚变产生的能量还没有为使它聚变而付出的能量多。总之，和平利用聚变能存在太多太多的困难。但是，我们完全可以相信，和平地，大规模地廉价利用聚变能终将会实现，虽然不是现在。曾经，我们以为，人类怎么可能会像鸟儿一样在天空自由飞翔呢？但我们现在比鸟儿飞的更高，更远，更快，更灵活;曾经我们以为，人类怎么可能登上月球呢？但现在我们登上了，并准备在上面建基地呢。想一想，若我们有一天能大规模地廉价地利用聚变能，那我们的世界将会发生怎样的改变？首先，石油价格会大跌(如果那时还有石油的话)，更不会出现为了石油而去发动一场要牺牲好几十万人的战争。其次，煤碳将完成它的使命，不再为我们提供能源。什么火电站，和现在的核电站统统都将消失。由于不使用石油煤碳作燃料，我们的环境将会越来越好。另外，这是最重要的，我们使用的能源将会大大地便宜。现在我们是几毛钱一度电，到那时，可能就是几分钱一度电，甚至有可能作为一种福利，用电是完全免费的。你再不会因为忘记关灯而被你父母责怪;你再不会因为天天24小时开着电脑而被家长说成是败家子;再不会为了省钱，而不敢在炎热的夏天多开会儿空调;再不会……如果我们的汽车，我们的飞机，我们的轮船都是用聚变作动力，那它们将像现在的核潜艇，核动力航母一样，好几年都不用加燃料。那样的话，我们的旅行将会如此快捷，如此便宜，出远门旅游就像现在出门逛街一样……而实现以上美好想像的前提是，大规模地，方便高效地利用聚变能。这需要一代代的科学家不懈地努力，再努力。无论你承认与否，科学家们已经使，正在使，将来也会使我们的生活越来越美好，越来越舒坦。虽然，在这个如此喧哗的社会，我们那么轻易地就被迷惑了双眼……但是，那些为科学而沉默工作的人，更值得我们去关注，去理解，去尊重，去支持……74秋高气爽，风轻云淡。深蓝天空，似水洗一般，显得那么深邃。空寂的旷野，总让人禁不住想起诸葛亮的那句名言:非淡泊无以铭志，非宁静无以致远。我们五爷一溪游荡在这样的原野，心里是明净的。旅途是愉快，更是自由的。不过，其中也会夹杂一些小插曲，比如现在，我们就面临一个选择:到底该往何处去？唐僧的意见是:一直向西，再向西！而八戒的意见是:一直向南！悟空的意见是:如果一直向西，或是一直向南，我们将会绕地球一圈再回到现在所站的地方，结果都是一样的，所以他对这两种意见的意见是--没有意见。沙僧的意见是:他赞同任何一方，就会同时得罪另一方，所以他对这两种意见的意见是，也没有意见。咦！看来事情有点难整。唐僧说向西，那是因为他怀旧，想重拾过去的记忆。八戒你呢？请说说你的理由。八戒说，赶紧向南吧，天气越来越凉了！南方暖和。唐僧一听，十分生气，很是鄙夷地对八戒大声说道，你以为你是大雁吗？八戒涨红了脸，说，你又以为你是…是……是……我就是大雁，怎么啦！(笨什么也不能嘴笨，八戒就是例子)小溪说，嗯！跟某些鸟比起来，大雁确实要聪明得多。呵，小溪可真是聪明，看似平淡的一句话，却把姓唐的同志给骂了。唐僧说，我不管，我就想朝西走。唉，人心散了，队伍不好带了。我说，南方确实要暖和得多，而且少风沙。另外，南方有绚丽多姿的九寨沟，雄伟壮阔的黄果树大瀑布，山水甲天下的桂林，还有四季如春的昆明，所以唐同志，我们还是往南走吧，好不好？唐僧说，……行，下不为例！于是，在八戒的倡议下，我们学着大雁的样子，人字形排开，大踏步向南走去了………八戒说，寒老师，因为我们讲到了质子中子，所以引出这么多东西，没想到这些小得不能再小的粒子会有这么多故事。我说，yes.沙同志说，我们已经讲完了原子的三要素，那么，我们的微观旅程是不是就game over了呢？我说，no.八戒说，噢？那又是怎么回事？我说，核物理学家们可勤快了，他们又把质子和中子砸开了。结果发现，质子和中子都是由夸克组成的。夸克家族共有六种，分别是:上，下，奇，魅，底，顶。只有同一家族的夸克和反夸克才会湮灭，比如，下夸克和反下夸克在一起会湮灭，下夸克和反奇夸克在一起就不会湮灭。另外，中子是由一个上夸克和两个下夸克组成的。上夸克带有三分之二个正电荷，下夸克带有三分之一个负电荷，刚好正负抵消了，因此中子不带电。而质子则由两个上夸克和一个下夸克组成。所以质子的总电荷是:2/3+2/3-1/3=1，故质子带一个正电荷。八戒说，本以为质子中子不可再分了，没想到它们还能分！这么分下去，啥时候是个完呀。既然如此，那夸克又是由什么组成的呢？我说，目前科学家还没有把它砸开。要知道，这可是个“力气活”，我们要找的粒子越小，需要的能量就越大。在这方面，《万物简史》是这样说的:“......寻找粒子需要集中一定精力。粒子不但个儿很小，速度很快，而且转瞬即逝。粒子可以在短达0.000 000 000 000 000 000 000 001秒(10－24秒)时间里出现和消失。连最缺乏活力的不稳定的粒子，存在的时间也不超过0.000 000 1秒(10－7秒)。...................如今，寻找粒子真正要花的是钱，而且是大量的钱。在现代物理学中，寻找的东西的大小，与所需设备的大小，往往有意思地成反比关系。欧洲核研究组织简直像个小城市。它地跨法国和瑞士边境，有3000名雇员，占地几平方公里。欧洲核研究组织有一排比埃菲尔铁塔还要重的磁铁，周围有一条大约26公里长的地下坑道。　　詹姆斯·特雷菲尔说，击碎原子倒还容易，每次只要把日光灯一开。然而，击碎原子核就需要大量的金钱和大量的电力。把粒子变成夸克--即构成粒子的粒子--就需要更多的电和更多的钱：几万亿瓦电和相当于一个中美洲小国的预算。欧洲核研究组织的一台新的大强子对撞机定于2005年开始运转，它将产生14万亿瓦能量，建设费超过15亿美元。然而，这两个数字与那台超级超导对撞机本来所能产生的能量和所需的建设费用相比，那简直是小巫见大巫。20世纪80年代，得克萨斯州附近开始建设一台超级超导对撞机，然后本身与美国国会发生了超级对撞，结果很不幸，现在永远建不成了。这台对撞机的意图是：让科学家们重建尽可能接近于宇宙最初十万亿分之一秒里的情况，以探索"物质的最终性质"（老是这么说的）。该计划要把粒子甩进一条84公里长的隧道，获得实在令人吃惊的99万亿瓦能量。这是个宏伟的计划，但建设费用高达80亿美元（最后增加到100亿美元），每年的运行费还要花上几亿美元。　　这也许是历史上把钱倒进地洞的最好例子。美国国会为此花掉了22亿美元，然后在建成一条22公里长的隧道以后取消了这项工程。现在，得克萨斯人可以为拥有一个全宇宙代价最高的地洞而感到自豪。我的朋友、《价值连城的堡垒》的作者杰夫·吉恩对我说："那实际上是一大片空地，周围布满了一连串失望的小城镇。" ”…………现在，粒子加速器中撞出来的粒子，种类繁多，数量庞大，而且似乎毫无头绪。不要说普通人，就连物理学家们也常常很头大。一次，一个物理学生问恩里科·费米某个粒子名字的时候，他很无奈地说:“年轻人...要是我记得清这些粒子的名字，那我就成植物学家了。”确实，科学家们目前发现的粒子种类已在150种以上，因此，要让他们现在就搞清楚这些粒子间的各种关系似乎是不现实的。所以，在他们的大脑还是一团乱麻前，我们最好还是先放一放，以后再说。但是，在结束我们的微观旅程之前，有一种神奇的粒子是要着重讲一讲的，几十年前，科学家们就对这种粒子进行大力研究，而现在，世界上各大发达国家，还有我们中国，都在花重资建立实验室，加紧对这种粒子进行深入研究。在众多粒子中，这种粒子之所以获得如此高的重视，是因为对这种粒子的研究，有可能改变我们的很多东西……75中微子(1)这个世界上，在科学家发现的众多粒子中，如果要评选出，最神秘莫测，最富有魅力的粒子，那荣登榜首的无疑将是中微子;如果要评选出，让科学家花钱最多，花的时间最多，精力也最多的粒子，中微子也将当仁不让地排在前三甲;而从现在开始，如果要评选出，最有前途，也就是对人类贡献可能会很大的粒子，那也将是中微子。这上百种的粒子，在科学家们的眼中，就是一大群肉嫩味美的猎物，但是，并不是所有的猎物我们都能吃到口。比如夸克，我们花重资把它研究来研究去，最终能得到什么呢？这实在是说不清楚，我们只能说，研究它可能会有助于我们对宇宙起源的认识，呵，这是多么的虚无飘渺。以这种理由来申请科研经费恐怕也会失败。所以，在现在的条件下，我们最好锁定一些非常重要的粒子，最有可能对我们日常生活带来改变的粒子，然后不惜人力物力，坚持不懈地去研究，以期取得重大突破。而中微子，现在正是科学家们的宠儿，是被重点锁定的对象。什么是中微子？在所有的物理爱好者中，可说是无人不知无人不晓。不过，中微子是如此的神秘，魅力无穷，所以我们不在乎，再去了解一下它的身世。