第十一章 创世年代

我们还找到了这颗超新星爆发之后遗迹的证据。事实上，在蟹状星云的正中心可以观测到一颗暗星，根据观测到的性质可以判断，这是一颗极为致密的白矮星。

    所有这些都表明，超新星爆发的物理过程必定类似于新星爆发，只不过前者的规模在各方面要大得多。

    如果接受新星和超新星的“坍缩理论”，我们先得问问自己，是什么原因导致整个星体猛烈收缩？目前我们已经知道，这些星体由大量炽热气体所构成，处于平衡状态时，星体完全是由其内部炽热气体的极高压力支撑着。只要上述“碳循环”在恒星中心进行着，恒星表面辐射出的能量就会被其内部产生的原子核能所补充，因此恒星状态几乎不发生变化。然而一旦氢完全耗尽，就再无核能可补充，星体就必然开始收缩，从而将其引力势能变成辐射。不过这种引力收缩过程相当缓慢，因为恒星物质的传导率极低，从内部到表面的传热过程非常缓慢。以太阳为例，要使太阳的半径收缩到目前的一半，需要1千万年以上。任何使收缩加快的因素都会立刻导致释放出更多的引力势能，从而增加内部的温度和气体压力，使收缩速度减慢。由此可见，要使恒星的收缩加速，使之像新星和超新星那样迅速坍缩，只有通过某种机制将收缩时释放的能量从内部移走。例如，若将恒星物质的传导率增大几十亿倍，其收缩速度也会以同样的倍数增加，这样几天之内一颗收缩的恒星就会坍缩。但这种可能性已被排除，因为目前的辐射理论明确表明，恒星物质的传导率取决于它的密度和温度，将它减小百十倍几乎是不可能的事情。

    最近我和我的同事申伯格（Schenberg）博士提出，恒星坍缩的真实原因是形成了大量中微子。我们曾在第七章详细讨论过这种微小的核粒子。从对中微子的描述可以得知，正是它从正在收缩的恒星内部带走了多余的能量，因为对于中微子来说，整个星体就像窗玻璃对于日光一样透明。但我们还要弄清楚，在炽热的收缩恒星内部是否会产生中微子，以及中微子的数量是否足够多。

    各种元素的原子核在俘获高速运动的电子时都会释放中微子。当一个高速电子进入原子核时，会立刻释放出一个高能的中微子。原子核俘获电子后，会变成同一原子量的一种不稳定的核。由于不稳定，这个新原子核存在一段时间之后就会发生衰变，在释放出电子的同时又释放出一个中微子。然后这个过程又从头开始，发射出新的中微子……（图125）。这种过程被称为尤卡过程。

    图125　铁核中的尤卡过程可以源源不断地产生中微子

    如果温度和密度就像在收缩的星体内部一样大，因释放中微子而导致的能量损失就会极高。例如，铁原子核对电子的俘获和重新释放会转化成每克每秒1011尔格的中微子能量。如果是氧原子核（它所产生的不稳定同位素是放射性的氮，衰变期为9秒），恒星失去的能量甚至可达每克每秒1017尔格。在这种情况下，能量损失是如此之高，只需25分钟恒星就会完全坍缩。

    由此可见，中微子辐射从收缩恒星炽热的中心区域开始产生，这种观点可以完全解释恒星坍缩的原因。

    不过，虽然释放中微子所导致的能量损失很容易计算出来，但要研究坍缩过程本身还有许多数学上的困难，因此我们目前只能给出某些定性的解释。

    可以设想，由于恒星内部的气体压力不够大，星体外围的大量物质将在引力的作用下开始落向中心。但通常情况下，每颗恒星多多少少都在迅速地旋转，因此坍缩过程发生得并不对称，极区的物质（即转轴附近的物质）先落入内部，并把赤道区的物质挤压出来（图126）。

    图126　超新星爆发的早期和晚期

    这样便把此前深藏的物质带了出来，并把它们加热到几十亿度的高温，此温度解释了恒星亮度为何会骤增。随着这个过程的进行，原先那颗恒星的坍缩物质将在中心收缩成一颗致密的白矮星，被排出的物质则逐渐冷却并继续扩展，形成蟹状星云那种朦胧的东西。

    三、原始混沌和膨胀宇宙

    若把宇宙看成一个整体，我们立刻就会面临一些重要问题，涉及宇宙是否随时间而演化。宇宙是一直大致处于我们目前看到的这个状态，还是在不同的演化阶段中不断变化？

    根据从各种科学分支收集到的经验事实，我们得出了非常明确的回答。是的，我们的宇宙在不断变化。它在远古过去、当下现在和遥远未来的状态是三种非常不同的存在状态。由各门科学搜集来的无数事实还表明，我们的宇宙有一个开端。正是从这个开端开始，宇宙逐渐演化成为现在的状态。如上所述，我们的太阳系已经有几十亿岁了，从各个方向对这个问题所作的许多独立研究中都会出现这个数字。月亮也应该形成于几十亿年前，它似乎是被太阳发出的强大吸引力从地球上扯下来的一块物质。

    对恒星演化的研究（见上节）表明，我们看到的星星大都也有几十亿年了。通过一般地研究恒星的运动，特别是双星、三星以及更复杂的银河星团的相对运动，天文学家们断言，这些构形的存在时间不会长于几十亿年。

    各种化学元素的相对丰度，特别是钍、铀等缓慢衰变的放射性元素的量，可以提供一些非常独立的证据。如果这些元素在不断衰变的情况下仍然存在于宇宙中，我们就只能认为，要么这些元素目前还在由其他更轻的原子核不断产生，要么就是大自然在遥远过去所形成产物的遗存。

    我们目前对核嬗变过程的了解迫使我们放弃第一种可能性，因为即使在最热恒星的内部，温度也从未达到“炮制”放射性重原子核所需的极高程度。事实上，从上节我们已经看到，恒星内部的温度有几千万度，而从轻元素的原子核“炮制”出放射性原子核则需要几十亿度的温度。

    因此必须假设，这些重元素的原子核是在宇宙演化的过去某个时期形成的，那时所有物质都受到极高温和极高压的作用。

    我们也能估算出宇宙的这个“炼狱”阶段的大致时间。我们知道，钍和铀238的平均寿命分别为180亿年和45亿年，而它们至今尚未大量衰变，因为它们目前还几乎和其他稳定的重元素一样多。而铀235的平均寿命只有5亿年左右，其丰度比铀238少140倍。目前大量存在的钍和铀238表明，这些元素最多是在几十亿年前开始形成的。少量存在的铀235也使我们能够作进一步的估算。事实上，如果这种元素的量每5亿年减少一半，那么必须经过大约7个这样的半衰期即35亿年，它的量才能减少到1/140（因为）。

    完全从核物理学数据对化学元素的年龄所作的这种估算，与从纯粹的天文学数据中得到的行星、恒星和星系的年龄符合得极好！

    但在几十亿年前万物初成的早期阶段，宇宙处于何种状态呢？这期间又发生了什么变化把宇宙变成了现在这个样子呢？

    我们可以通过研究“宇宙膨胀”现象来最完整地回答上述问题。在上一章我们已经看到，在广袤的宇宙空间里散布着数不清的巨大星系，太阳只是其中一个星系即银河系所包含的几百亿颗恒星当中的一颗。我们还看到，就视力所及而言（当然要借助于200英寸口径的望远镜），这些星系多多少少是均匀分布的。

    在研究来自这些遥远星系的光谱时，威尔逊山的天文学家哈勃发现这些谱线都朝光谱的红端移动了一点点，而且星系越远，这种“红移”就越大。事实上我们发现，不同星系的“红移”大小正比于它们与我们的距离。

    对于这种现象，最自然的解释是假设所有星系都在远离我们，而且离我们越远，速度就越大。这种解释建立在所谓“多普勒效应”的基础上：光源接近我们时，光的颜色就会向光谱的紫端移动；光源远离我们时，光的颜色就会向红端移动。当然，要想获得明显的谱线移动，光源与观察者的相对速度必须很大。伍德（R. W. Wood）教授曾因在巴尔的摩闯红灯而被拘捕。他告诉法官，由于这种现象，红光在他看来是绿色的，因为他正在乘车接近信号灯。这位教授纯粹是在愚弄法官。倘若法官物理学懂得再多一点，他就会问伍德教授，要把红光看成绿光，其驾驶速度得有多高才行，然后再以超速的理由罚钱！

    让我们回到星系的“红移”问题上来。初看起来，我们的结论有些尴尬。宇宙中的所有星系仿佛都在远离我们的银河系，难道银河系是一个巨大的怪物吗？它能有什么可怕的性质呢？它看起来为何如此与众不同？对这个问题稍加考虑就会发现，我们的银河系并没有什么特殊之处，事实上，其他星系并非只远离它，而是所有星系都在彼此远离。设想有一个气球，上面涂有一个个小圆点（图127）。若把气球吹得越来越大，则各点之间的距离将会不断增加，待在任何一个圆点上的昆虫都会以为，所有其他各点都在“逃离”它这个点。不仅如此，在这个膨胀的气球上，各个点的退行速度将与它们和昆虫的观测点之间的距离成正比。

    图127　气球膨胀时，其上各点都在彼此远离

    这个例子清楚地表明，哈勃观测到的星系后退与我们银河系所具有的特殊性质或所处的特殊位置毫无关系，而只是因为散布在宇宙空间中的各个星系总体上在均匀膨胀罢了。

    根据观测到的膨胀速度和目前相邻星系之间的距离，很容易计算出，这个膨胀至少始于50亿年前。93

    在此之前，被我们称为星系的各个星云正在形成均匀分布在整个宇宙空间中的恒星。沿时间继续往前，这些恒星本身也都紧紧挤在一起，使宇宙中充满了连续分布的炽热气体。再往前，这种气体越来越致密和炽热，这显然是形成各种化学元素（特别是放射性元素）的时期。再往前一步，宇宙物质都被挤成了我们在第七章讨论的那种超密、超热的核液体。

    现在让我们把这些观测结果整合起来，按正确的顺序看看宇宙演化发展的标志性事件吧。

    故事始于宇宙的胚胎阶段，那时威尔逊山望远镜（即半径在5 亿光年范围内）视野范围内的一切物质都被挤在一个半径只有太阳半径8倍左右的球内。94但这种极为致密的状态不会持续很久，因为只需两秒钟，迅速的膨胀就会使宇宙密度下降到水密度的几百万倍，几小时后就会下降到水的密度。大概在这个时候，以前连续的气体分裂成了现在构成一颗颗恒星的各个气体球。因持续膨胀而被分开的这些恒星后来又形成了被我们称为星系的各个星云，它们至今仍然在彼此后退，进入未知的宇宙深处。

    我们现在可以追问：是什么样的力导致了宇宙膨胀呢？这种膨胀会不会停止，甚至变成收缩呢？正在膨胀的宇宙是否有可能转过头来，将银河系、太阳、地球和人重新挤成具有原子核密度的浆状物呢？

    根据基于非常可靠的信息所得出的结论，这种事情绝不可能发生。很久以前，在宇宙演化的早期阶段，膨胀的宇宙冲破了所有可能将它维持在一起的锁链，正按照简单的惯性定律无限膨胀下去。这锁链就是阻碍宇宙物质分离的引力。

    让我们举一个简单的例子进行说明。假定从地球表面向太空发射一枚火箭。我们知道，包括著名的V-2火箭在内的所有火箭都没有足够的推进力进入太空。它们在重力的作用下会停止上升，落回地球。但如果能使火箭的初始速度超过每秒11公里（在原子喷气推进式火箭的发展中，这个目标似乎是可以实现的），它就能摆脱地球重力的吸引而进入太空，并且不受阻碍地持续运动下去。每秒11公里的速度通常被称为摆脱地球重力的“逃逸速度”。

    现在设想有一枚炮弹在空中爆炸了，弹片朝四面八方飞去（图128a）。被爆炸力抛出的弹片抵抗住了把它们拉向共同中心的引力而飞散开来。不用说，在这个例子中，弹片之间的相互吸引力弱到可以忽略不计，根本不会影响它们在空间中的运动。但这种引力如果很强，就能使弹片停止飞行，落回它们共同的引力中心（图128b）。至于这些弹片是落回来还是无限制地飞离，则取决于它们动能和引力势能的相对大小。

    图128

    将弹片换成星系，就能得出前面描绘的膨胀宇宙图景。但由于各个星系的巨大质量使引力势能变得与动能不相上下，95因此只有认真研究这两种能量才能判定宇宙膨胀的前景。

    根据目前掌握的最可靠的星系质量数据，相互远离的星系的动能要比其相互引力势能大好几倍，因此可以推论，我们的宇宙会无限膨胀下去，而不会被引力重新拉近。但要记住，有关整个宇宙的数据大都不够精确，未来的研究也许会把这个结论颠倒过来。不过，即使宇宙真的突然停止膨胀，转而进行收缩，也需要几十亿年的时间。因此，黑人灵歌里所设想的“星星开始坠落”、我们被坍缩星系的重力压得粉身碎骨的那一天还为时尚早。

    究竟是什么烈性炸药使宇宙的各个部分以可怕的速度相互飞离呢？对这个问题的回答可能会让你有些失望：也许根本就不曾有过寻常意义上的爆炸。宇宙现在之所以在膨胀，是因为在此之前的某个历史时期（当然没有留下任何历史记录），它曾经从无限收缩成一种极为致密的状态，然后又反弹回来，仿佛是被压缩物质内部的强大弹力所推动。如果你走进一间球室，正好看到一只乒乓球从地板升入空中，你会不假思索地推断说，你进屋之前这只乒乓球一定从某个高度落到了地板上，并且在弹力的作用下再次跳起来。

    现在，让我们尽情发挥一下想象力，问问自己在宇宙的压缩阶段，现在发生的一切事物是否是以相反次序发生的。

    在80亿年或100亿年前，你是否在从后往前读这本书？那时的人是先从嘴里扯出一只炸鸡，在厨房里使之复活，再把它送到养鸡场吗？而在养鸡场，它是否是先从大鸡长成小鸡，然后缩进蛋壳，最后变成一枚鲜鸡蛋呢？这些问题虽然有趣，却不能从纯科学的角度来回答，因为宇宙的大压缩已将所有物质挤成了一种均匀的核液体，以前各个压缩阶段的所有记录必定已被完全抹掉。

    * * *

    1　这是就目前最大的望远镜所能探测的那部分宇宙而言。

    2　斯塔迪姆（stadium）是古希腊的长度单位，1斯塔迪姆=606英尺6英寸或188米。

    3　如果用我们的记数法来表示，这个数是：

    一千万　　　　第二级　　　第三级　　　第四级

    (10 000 000)×(100 000 000)×(100 000 000)×(100 000 000)×

    第五级 　　 第六级 　　 第七级 　　 第八级

    (100 000 000)×(100 000 000)×(100 000 000)×(100 000 000)

    或直接写成：

    1063（即1的后面有 63个零）。

    4　这位机智的大臣所要的麦粒数可以表示如下；

    1+2+22+23+24+……262+263。

    在算术中，每一项都是前一项的固定倍数的数列被称为几何级数（在我们这个例子中，这个倍数是2）。可以证明，这种级数的所有项之和等于固定倍数（这里是2）的项数（这里是64）次幂减去第一项（这里是1）所得的差除以固定倍数减1，即：

    结果写出来就是18 446 744 073 709 551 615。

    5　W.W.R.Ball, Mathmatical Recreations and Essays (The Macrnillan Co., New York, 1939).

    6　瓦拉纳西，又称贝拿勒斯，印度北方邦城市，是印度教七圣城之一。————译者

    7　如果只有7个金片，则需要移动的次数为：

    1+21+22+23+……，或者

    27-1＝2×2×2×2×2×2×2-1＝127。

    如果你准确无误地迅速移动金片，那么完成这项任务大概需要一个小时。当金片为64片时，需要移动的总次数为：

    264-1＝18 446 744 073 709 551 615。

    它等于施宾达所要求的麦粒数。

    8　引自R. Courant, The Complete Collection of Hilbert Stories，该书从未出版，甚至从未写成文字，但广为流传。

    9　这些小数都小于1，因为我们已经假定线的长度是1。

    10　例如，由0. 7 3 5 1 0 6 8 2 2 5 4 8 3 1 2…这个小数，我们可以分成以下三个新的小数：

    0 . 7 1 8 5 3…，

    0 . 3 0 2 4 1…，

    0 . 5 6 2 8 2…。

    11　简单地说，一个数的自然对数可以定义为它的普通对数乘以2.3026。

    12　丢番图的一般规则是：取任意两个数a和b，使2ab是一个完全平方数。令x=a+，y=b+，z=a+b+。于是用代数方法很容易证明，x2+ y2=z2。用这个规则可以列出所有可能的解。最前面几个解是：

    32+42=52（埃及三角形），

    52+122=132，

    62+82=102，

    72+242=252，

    82+152=172，

    92+122=152，

    92+402=412，

    102+242=262。

    13　费马大定理于1995年被英国数学家安德鲁·怀尔斯（Andrew Wiles）所证明。————译者

    14　其他许多数的平方根也很容易求出。例如＝2.236…，因为（2.236…）×（2.236…）＝5.000…；＝2.702…，因为（2.702…）×（2.702…）=7.3000…。

    15　验证如下：

    16　为保密起见，这里略去了文件上实际给出的经纬度数字。

    17　出于与前面同样的理由，这里也改变了树的名称。在热带的宝岛上显然会有其他各种树木。

    18　“几何学”（geometry）一词源自ge（大地）和metrein（测量）这两个希腊词。在构造这个词的时候，古希腊人对这门学科的兴趣似乎主要来源于他们的不动产。

    19　这个词在拉丁文和希腊文中的意思都是对位置的研究。

    20　因这里给出的几个例子而对拓扑学问题感兴趣的读者，可以在《数学是什么？》中找到更详细的讨论。

    21　德国吞并前用三种颜色就够了：瑞士用绿色，法国和奥地利用红色，德国和意大利用黄色。

    22　就涂色问题而言，平面地图和球面地图的情况是相同的，因为解决了球面地图的问题之后，我们总能在某个上色区域开一个小洞，然后把余下的表面“摊开”在平面上。这仍然是一个典型的拓扑学变换。

    23　更确切地说，图26给出的是一个四维的超正方体在我们三维空间中的投影在纸面上的投影。

    24　如果你不明白这一点，可以设想一个有四个顶点和四条边的正方形，垂直于其表面（沿第三个方向）将它移动边长那么长的距离，就又多出了四条边。

    25　严格而言，这里我们应当说“世界束”，但从天文学的角度来看，我们可以把恒星和行星看成点。

    26　实际上，太阳正相对于恒星移动，因此相对于恒星系统，太阳的世界线应当朝一侧有所偏向。

    27　如果这个交叉口真有一家银行，那纯属巧合。

    28　光波的振动己被证明垂直于光的传播方向。对一般物质而言，这种横向振动只发生在固体中。在液体和气体物质中，振动的粒子只能沿着波的行进方向运动。

    29　事实上，如果用l表示两个码头之间的距离，请记住顺流时的合成速度为V+v，逆流时为V-v，我们得到整个航行的时间为：

    30　“菲茨杰拉德收缩”之名源自第一个引入这种观念的物理学家菲茨杰拉德，他认为这种收缩是运动的一种纯机械效应。

    31　当然，这只是理论上的描述。实际上，即使真有两艘飞船以这样的速度相遇，每艘飞船上的乘客也看不到另一艘，一如你无法看到速度只有飞船若干分之一的子弹。

    32　或者也可以说，是由于四维空间中的毕达哥拉斯公式在时间方面发生了扭曲。

    33　大圆是一个穿过球心的平面切割球面所得到的圆。赤道和子午线均为这样的大圆。

    34　炼金术士会用以下公式来表示对铁矿石的处理：

    土原子+火原子─→铁分子，

    （矿石）

    把铁的生锈表示为：

    铁分子─→土原子+火原子。

    （锈）

    而我们则会把这些过程写为：

    铁氧化物分子─→铁原子+氧原子

    （铁矿石）

    和

    和 铁原子+氧原子─→铁氧化物分子。

    （锈）

    35　即力的大小与两个物体之间距离的平方成反比。

    36　现在利用“炼金术”（见后）可以用人工方法制造出更为复杂的原子，比如用来制造原子弹的人造元素钚有94个电子。

    37　对不确定性原理的更详细讨论请参见拙作《物理世界奇遇记》（Mr. Tompkins in Wonderland，The Macmillan Co., New York, 1940）。

    38　由于较重的氯元素占25%，较轻的占75%，所以平均原子量为：0.25×37+0.75×35=35.5，这正是早期化学家发现的数值。

    39　源自意指“相等”的希腊词ισος和意指“位置”的希腊词τοπος。

    40　从原子量表中我们可以看到，元素周期表开头的那些元素，原子量等于原子序数的2倍，这意味着这些元素的原子核包含有相同数目的质子和中子。而重元素的原子量增加得更快，这表明这些元素的原子核中的中子多于质子。

    41　M. Born, Atomic physics (G. E. Stechert & Co., New York, 1935).

    42　T. B. Brown, Modern Physics (John Wiley & Sons, New York, 1940).

    43　虽然从原则上讲，电子对可以在完全空虚的空间中形成，但电子对的形成过程大大得益于原子核周围的电场。

    44　这些高能粒子的速度高达光速的99.999 999 999 999 9%，对其来源所作的最简单（但也可能最可信）的解释是认为，它们的加速是由于太空中飘浮的巨大气体尘埃云（星云）之间存在着极高的电势。事实上，我们可以预期，这些星云积累电荷的过程就类似于大气层中的普通雷云积累电荷的过程，不过前者的电势差要大得多。

    45　这可以通过轰击原子核来做到，本章稍后将会描述这种方法。

    46　在这方面，最新的实验证据表明，中微子的重量还不到电子的十分之一。

    47　要记住，银原子核既不发生聚变也不发生裂变。

    48　卡是热量单拉，将1克水的温度升高1℃所需的能量为1卡。

    49　比如在1克铀材料中，每秒钟有数千个原子裂开。

    50　上述过程可以表示成反应式：13Al27+2He4→14Si30+1H1。

    51　布莱克特照片（本书未刊登这幅照片）上记录的核反应式是：7N14+ 2He4→8O17+1H1。

    52　核反应式为：5B11+1H1→2He4+2He4+2He4。

    53　核反应式为：1H2+1H2→1H3+1H1。

    54　这里发生的过程的核反应式可以写成以下形式：

    (a)中子的产生：4Be9+2He4（镭发射的α粒子）→6C12+0n1

    (b)中子轰击氮原子核：7N14+0n1→5B11+2He4。

    55　这些数值只是为了举例而给出的，并不对应于任何实际的原子核。

    56　更详细的讨论可参见1947年Viking Press出版的Selig Hecht, Explaining the Atom。Eugene Rabinowitch博士的增订版收在Explorer平装丛书中。

    57　关于铀堆的更详细讨论，请再次参阅原子能的专门书籍。

    58　所有数值都是在标准大气压下测得的。

    59　参见第十一章。

    60　把金属丝加热到高温状态时，其内部电子的热运动会变得更加剧烈，一些电子会逸出表面。无线电爱好者都知道，该现象已被用于电子管。

    61　这里未考虑玩家可随意代替任意一张牌的额外的“百搭”所引起的复杂性。

    62　如果可以，请使用计算尺或对数表！

    63　英文中小山羊是Kid，基德是Kidd，两者词形和发音都很相像。————译注

    64　半径为1的圆的周长是其直径的π倍，即2π，因此四分之一圆周的长度是即。

    65　事实上，由于气体分子的间距很大，空间并不拥挤，所以给定体积内虽然有大量分子，但根本不会阻碍新的分子进入。

    66　一个10英尺宽、15英尺长、9英尺高的房间的体积为1350立方英尺或5×107厘米3，因此包含5×104克空气。由于空气分子的平均质量为30×1.66×10-24 ≈5×10-23克，所以分子总数为5×104/5×10-23=1027。

    67　必须考虑这种一半对一半的分布，因为动量守恒定律使得所有分子不可能都朝同一个方向运动。

    68　还有违背能量守恒定律的所谓“第一类永动机”，不用提供任何能量它就能做功。

    69　1 微米等于0.000 1 厘米，通常用希腊字母μ表示。

    70　大家还记得，根据我们对原子结构的讨论，镁原子（原子序数为12，原子量为24）的原子核有12个质子和12个中子，周围环绕着12个电子。若把镁原子劈成两半，我们便得到了两个新的原子，每一个原子都包含6个质子、6个中子和外面的6个电子，或者换句话说，得到了两个碳原子。

    71　有时细胞的尺寸巨大，比如整个鸡蛋黄就是一个细胞。不过在这些情况下，细胞中的生命物质仍然尺寸很小，大块的黄色物质只是为小鸡的胚胎发育所积累的养料罢了。

    72　在热水中溶解大量的盐，并将其冷却到室温，这样便制得了过饱和溶液。由于溶解度随着温度的降低而减小，水中含有的食盐分子将会大于水所能溶解的数量。然而，这些过量的食盐分子会在溶液中保持很长时间，直到丢进一小粒食盐晶体为止。可以说，这粒盐提供了初始的推动，作为一种组织剂将食盐分子从溶液中驱遣出来。

    73　比如根据以下假想的化学反应方程式：3H2O＋2CO2+C2H5OH＝2［C2H5OH］+3O2，一个酒精分子会形成另一个酒精分子。

    74　同样道理，用蜡烛在纸上写字，字迹也是显不出来的。但若用黑色铅笔将纸的颜色加深，那么由于石墨不会粘在被蜡覆盖的地方，字迹就会在深色背景下清晰可见了。

    75　需要注意的是，给活细胞染色往往会把它们杀死，使其停止发育。于是，图92所示的那种连续的细胞分裂并不是对同一个细胞的观察，而是给处于不同发育阶段的不同细胞染色所得到的结果。不过从原理上讲，这两者并无多大不同。

    76　我们不妨将这个计算结果与关于原子弹爆炸的类似计算（见第七章）作一比较。使1公斤铀的每一个原子（总共2.5×1024个原子）都发生裂变所需的原子分裂过程次数可由类似的方程2x＝2.5×1024计算出来，结果为x＝61。

    77　这种说法适用于人类和所有哺乳动物，而对于鸟禽来说，情况则正好相反；公鸡有两条相同的性染色体，而母鸡却有两条不同的性染色体。

    78　与大多数其他生物相反，果蝇的染色体非常大，其结构很容易用显微照相来研究。

    79　切牌：从一副纸牌中拿起一部分翻转过来以决定由谁发牌﹑谁先出牌等。————译者

    80　正常尺寸的染色体都太小了，显微镜研究无法将其分解成单个基因。

    81　正如我们已经解释的，“同分异构”是指分子由相同的原子所构成，但原子以不同的方式排列着。

    82　突变现象的发现只对达尔文的经典理论作了一点修改，即物种演化缘于不连续的跳跃式变化，而不是缘于达尔文所设想的连续的小变化。

    83　实际上，构成病毒微粒的原子数可能比这少得多，因为它们很可能如图103所示“内部是空的”，由旋状的分子链所构成。倘若烟草花叶病毒真有这样一种结构，各种原子团只位于圆柱体的表面上，那么每个病毒微粒的原子总数将会减少到只有几十万个。当然，同样的说法也适用于单个基因里的原子数。

    84　更精确地说是0.600″±0.06″。

    85　最好是在初夏的晴朗夜晚作这种观察。

    86　脉动现象最先发现于造父一，因而以此命名。

    87　不要把这些脉动星与所谓的食变星相混淆，后者是由两颗彼此围绕对方旋转并且周期性掩食对方的恒星所组成的系统。

    88　地球上的氢大都以它的氧化物————水的形式存在。大家知道，虽然地球表面有3/4的面积被水覆盖，但与整个地球的质量相比，水的质量是很小的。

    89　这是形成星际物质的尘粒的近似尺寸。

    90　关于生命在地球上的起源和演化，更详细的讨论可参见拙著《地球自传》（1941年首版，1959年修订版）。

    91　“红巨星”和“白矮星”这两个名称源于其亮度与表面的关系。由于稀薄的恒星有很大的表面来释放内部产生的能量，所以它们表面温度较低，呈红色；而高密度恒星的表面则必定温度很高，呈白热状态。

    92　这是因为根据魏茨泽克的理论，太阳的形成不会比太阳系早很久，而我们地球的估计年龄大致是这么大。

    93　根据哈勃的原始数据，两个相邻星系之间的平均距离约为170万光年（1.6×1019公里），其相互退行速度约为每秒300公里。假设宇宙是匀速膨胀的，其膨胀时间即为=5×1016秒=1.8×109年。不过，根据最新数据估计的时间值要更大一些。

    94　核液体的密度为1014克/厘米3，而目前空间中物质的平均密度为10-30克/厘米3，所以宇宙的线收缩率为。因此，目前的5×108光年距离在那时只有=10-6光年=1 000万公里。

    95　运动粒子的动能与其质量成正比，其相互之间的势能则与质量的平方成正比。

    插图1　放大175 000 000倍的六甲基苯分子

    插图2

    a. 始于云室外壁和中央铅片的宇宙线簇射。磁场使簇射产生的正、负电子沿相反方向偏转。

    b.宇宙线微粒在中央隔片中产生核衰变。

    插图3　人工加速的微粒引起的原子核嬗变

    a.一个快氘核击中云室中重氢气的另一个氘核，产生一个氚核和一个普通的氢核（1D2+1D2→1T3+1H1）；

    b.一个快质子击中硼核，使之裂成三个相等的部分（5B11+1H1→32He4）；

    c.一个图中看不见的中子从左边射入，把氮核打碎成一个硼核（向上的径迹）和一个氮核（向下的径迹）（7N14+0n1→5B11+2He4）。

    插图4　铀核裂变的云室照片一个中子（当然在图中看不见）击中了横放在云室中的薄铀箔的一个铀核。两条径迹对应着两个裂变碎片分别以1亿电子伏左右的能量飞离。

    插图5

    a和b．果蝇唾液腺染色体的显微照片，显示了倒置和相互易位；

    c．雌性果蝇幼体染色体的显微照片。图中标有X的是紧紧挨在一起的一对X染色体，标有2L和2R的是第二对染色体，标有3L和3R的是第三对，标有4的是第四对。

    插图6　这是活的分子吗？放大34 800倍的烟草花叶病病毒微粒。这幅照片是用电子显微镜拍摄的。

    插图7

    a. 大熊座中的螺旋星云，它是一个遥远的宇宙岛（俯视图）；

    b. 后发座中的螺旋星云，它是另一个遥远的宇宙岛（侧视图）。

    插图8　蟹状星云。1054年，中国天文学家观测到天空中的这个位置有一颗超新星，此蟹状便是这颗超新星爆发时抛出的不断膨胀的气体包层。