萬物簡史 II─動個不停的地殼

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你也許不覺得自己特別結實強壯,但只要你是體型中等的成年人,在你那不起眼的身體架構裡,就至少包含了 7 × 1018 焦耳的潛在能量,爆炸威力相當於三十顆非常大的氫彈。

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東京是一個等待死亡來臨的城市,從 1923 年關東大地震以來,東京就處於恐怖的平靜中,它的地表下聚集的壓力,已累積了八十多年未曾宣洩,造成慘重損失的地震,遲早會爆發!
萬物簡史,帶你上天下地˙認識萬物

《萬物簡史II》詳細敘述,一切東西都是原子做的,但要知道原子是什麼做的,可得先在地底打個大洞才行。但地殼可沒我們想得那麼堅硬不移,地球上最美麗的景致, 多半是最危險的地方,我們的地球到底安不安全?

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【精采內容】

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摘錄自本書38-39頁

摘錄自本書40-41頁

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第9章  強有力的原子

正當愛因斯坦與哈伯,逐步解開宇宙的大尺度結構,且頗有成果時,另一些人則在想辦法瞭解,一種雖然比較靠近手邊,但卻仍難以捉摸的東西:那就是微小且一直非常神祕的原子。

美國加州理工學院的偉大物理學家費曼(Richard Feynman, 1918-1988)有一次談到他對此事的看法,他說如果你把整部科學史簡化成為一句話,則這句話就是「一切東西都是原子做的」。原子無所不在,建造每一件東西。不信你可以瞧瞧周遭,無處不是原子。不只是紮實的東西諸如牆壁、桌子、沙發是原子構成的,它們之間的空氣亦然。原子為數之多,你難以想像。

原子最基本的安排方式是分子(分子的英文是molecule,出自拉丁文,原意是「小塊」)。一個分子是由兩個或兩個以上的原子,形成的較穩定組合:譬如兩顆氫原子加上一顆氧原子,會得到一個水分子。化學家傾向於在分子層次上思考問題,而不是在元素層次上,道理就跟英語系作家絕大部分時間都在思考字的用法,而不是怎麼堆字母一樣。

所以我們可以說,化學家在乎的只是分子的數目,而這數目可說是多得數不清。在地球的海平面高度,溫度在攝 0 度時,一立方公分(亦即一西西,約一塊方糖所占據的空間)的空氣裡面,包含著 4 千 5 百兆(4.5×1019 )個分子。想想在你周遭的每一個立方公分空氣裡,都有這麼多個分子。其次想想你窗外的世界體積有多少立方公分,要多少顆方糖才能塞滿你看到花花世界。最後再想想需要多少個原子來建構整個宇宙。一言以蔽之,原子數目非常多。

原子還出奇的持久耐用。由於原子的壽命非常長久,它們真是閱歷豐富,幾乎可以確定,你身上的每一顆原子在進入你的身體之前,曾經受過好幾顆恆星的熬煉,並在數以百萬計的生物體上待過。我們每個人身上原子數目如此之多,而且人死後又很快的「回歸自然」、參加「原子回收再用」的程序,因而咱們每一個人的身上,都有相當大數目的原子,曾經是莎士比亞身上的一部分──有人估算後認為可能達到十億個之譜。同樣的,另外還有十億個原子是來自釋迦牟尼、又各有十億原子分別來自成吉斯汗、貝多芬以及每一位你想得到的歷史人物。(條件是他們必須是有些年代的古人,因為顯然原子回收再用程序,需要數十年的時間,所以不管你有多希望,不過你現在身上沒幾顆原子是從貓王身上來的。)

所以我們都是轉世的人,只是我們的生命很短。我們死亡後,身上的原子就會解散,各自奔前程,找尋下一位使用者,也許是一片樹葉、或許是另一個人、或僅是一滴朝露。原子似乎可以永遠無窮無盡的來來去去、分分合合,沒有人確知原子究竟可以在世上存活多久。不過根據天文學家芮斯的推算,原子的存活期限約在 1035 年左右,由於這個數字實在是太大,所以我也樂於用次方這個數學符號來表達。

最重要的是,原子很小,非常非常的小。把五十萬顆原子一個接一個排成一條直線,長度尚不及人髮的直徑,所以根本難以想像單獨一顆原子的實際大小,不過我們還是可以試試看。

讓我們首先從一毫米開始,一毫米大約就是這根直線「-」的長度。現在運用想像力把這根直線等分為一千份,則每份的長度就是一微米,微米是量計各種微生物的尺度單位。譬如說,典型的草履蟲的寬度大約是兩微米(0.002毫米)。它的確是很小,如果用眼睛想觀察一隻在一滴水裡游泳的草履蟲,必須把這滴水放大到直徑達十二公尺才辦得到。不過若是你想直接用眼睛觀察這滴水裡面的原子,則你必須繼續把這滴水放大到直徑達二十四公里。

換言之,原子之小,跟草履蟲之小比起來,又是另一個不同的層次。要達到原子的尺度,你還得把上述的一微米再等分一萬份,得到的每份長度也就是一毫米的一千萬分之一,這就是原子的尺度單位。這個長度很難直接想像有多大,但是我們可用類比法得到一些概念,那就是把一顆原子的直徑跟一毫米的長度相比,就如同一張紙的厚度跟紐約帝國大廈的高度相比一樣。
(摘錄自第9章 強有力的原子)

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