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氫生命的始祖

從太空中看,我們的地球主要呈現藍色、白色與綠色,但是幾乎所有顏色都歸功於水分子。即使在如此宏大的尺度觀察,你仍然可以看到原子振動的證據,並可以幫助我們確定地球上生命體的分佈與特性。

藍色區域代表的是快速振動的水分子(地表液態水),振動速度快到足以讓其維持液態,但還沒有快到成為氣態,至少氫鍵還能將它們束縛在大氣層之下。奶油色的雲層是冷卻的水滴(空氣中的水),氫鍵的特有黏性將蒸氣分子從熱運動更快的空氣中拽了出來;雲層隨風飄蕩,或膨脹,或收縮,都是由於包裹它們的空氣隨著溫度變化振動的速率也在變化。白色的雪與冰代表的是寒冷,其中的分子振動緩慢,氫鍵將水分子凍結成了多孔晶體晶格,並且它們能漂浮在水面上——魚兒應該感到慶幸,正因為如此,冬天冰層才不會沉到水底,從下到上把江河湖海填滿。

地面上的綠色區域同樣代表了水的存在。根據水文學家斯科特·傑希克(Scott Jasechko)及其團隊近期在《自然》(Nature)上發表的文章,植物每年可以將15000立方英里(61440立方千米)的地下水蒸騰到大氣中,幾乎每4個月就能將五大湖的水消耗乾淨,超過世界上所有河流的年度徑流總量。森林、田地及草原的蒸騰作用形成了這個星球上最大規模的淡水循環。

但是最終緊密聯繫空氣、海洋與植物的還是持續進行氫核聚變的太陽。當我們忙著工作時,很容易忽視了這一點。但如果這個過程突然消失了,哪怕只是幾秒鐘呢,一切不是人工照亮的物品都會消失在黑暗之中——我們平時不會注意,之所以能夠看到風景,看到街市,甚至還有月亮,都是因為它們反射的陽光照進了我們眼睛裡。如果沒有陽光,午間的天空也好似是透明的窗戶一般,可以直接欣賞銀河,「白天」與「黑夜」這些詞語也變得毫無意義。所有室外的光合作用全部偃旗息鼓,如果持續的時間足夠長,大氣中的氧氣含量便開始迅速下降,並且越來越快。

但在氧氣遠未耗盡之時,我們就會因為乾渴或寒冷而死,因為太陽的熱量驅動著地球上分子的熱運動並保持著較快的速度,一旦沒有了太陽,一切都會慢下來。寒冷的月球陰面,溫度可以降到零下300華氏度(零下184攝氏度),而儘管空氣中的溫室氣體可以讓我們遠離這樣的寒冷之夜,但這些儲存於大氣「棉被」中的熱量其實主要還是來自太陽。沒有了這顆陪伴我們的恆星,正常的天氣系統將會停止,留下的只是逐漸乾涸的大陸,以及緩慢凍結的海洋。

天文學家非常清楚,當一顆行星的恆溫系統溫度設置過高或過低會是什麼樣子。充滿蒸氣的金星比我們更接近太陽,上面的水分子振動異常快速,氫鍵已經不能將它們鎖定在液態。火星上呈現的景像剛好相反,因為太陽的熱量不足以激發分子快速振動,火星上的水幾乎都是固態,儘管遙遠的陽光可以溫暖單個分子,讓它搖晃、鬆動,直至逃逸,來到另一處冰晶上重新附著。

泰坦是土星的一顆冰凍衛星,它表面上的水已經被凍成磐石一般堅硬,並構建了地表地貌。液態甲烷與乙烷形成的湖泊與河流點綴著星球表面,這些碳基分子從烴類物質的雲層中凝結而來,以極其緩慢的動作在異常寒冷的大氣中跳著舞蹈。虛擬的泰坦居民可能會戴著冰質首飾,就像我們佩戴藍寶石一般;他們或許也會驚訝,像我們這種行星,居然會淹沒在由水質「岩漿」構成的海洋之中。

我們賴以生存的地球,之所以能養育這些我們熟知的生命形式,都是因為它表面有大量的液態水。進一步說,是因為我們的軌道與太陽的距離恰到好處,水分子隨著海拔、緯度與季節的不同,可以在氣態、液態及固態之間變換。地球表面的熱運動被調整到這樣一個狹窄而又偶然的溫度範圍中,甚至1攝氏度的溫差就可以將雨變成雪,或是將碧波蕩漾的湖泊凍成堅硬的冰原。

原子之舞最初是由希臘-羅馬人通過純粹的演繹推理出來的,如今,這種舞蹈如此美妙的細節也已經可以被我們觀察和欣賞,就像我們生命中最基礎的元素一樣。你身體裡的每一個原子之所以存在,都是源自百億年前宇宙大爆炸時開始擴散的氫原子,我們離不開的水分子也是由原始的氫原子所產生,並被賦予了特殊的屬性。一切與水有關的生命活動,不管是葉片中的綠色組織,還是你身體裡的細胞液泡,都是因為這種兩顆氫原子騎在一顆氧原子之上構成的分子而存在,它遍佈於整個地球,並且在氫核聚變的太陽驅動下,振動不息。

氫原子,只要給它們足夠的時間,確實可以變成人。這句話如此正確,而且如此令人咋舌——我們如今已開始認識並欣賞它是如何實現這一切的!