云卷云舒,三個月的計算與論文撰寫時間倏忽而過。
那一天,在南加州陽光下,顧玩跟妻子提到的那些計算性論文,以及后續的科普專著寫作,已經初步完成了。
論文在七月份的時候,就已經全部投遞出去,并且進行了答辯。
后面的一個多月,顧玩集中了全部時間,撰寫那部科普專著,還把如今剛剛在國內中央科大讀完大三的工具人妹妹李雙葉,趁著暑假抓來了美國。
每天給妹妹提供好吃好喝好玩地供著,換取她幫顧玩打工寫書。
李雙葉也是痛并快樂著,畢竟哥哥提供的享樂條件非常之優渥,每天幾乎是在女仆的服侍下衣來伸手飯來張口,寫累了還可以預約接出門兜風,或者在家找個按摩師幫忙按摩。
痛苦的來源么,自然是約稿太多了,哥哥上次安排她寫的黑洞題材科幻小說都還沒徹底寫完,又要搞科普專著了。
不過,有個既要馬兒跑,又給馬兒猛吃草的老板,總比那些不給吃草的要好,李雙葉本來就對這項事業挺感興趣,也就甘之如飴了。
“哥,嫂子,看下這版的稿子,這可滿足你要求了么?”
七月底的一天,李雙葉在哥哥的海景大別墅里沖刺性寫了一天后,深夜時分,終于把完整的稿子丟到了顧玩案頭。
顧玩掃了幾眼,就丟給坐在對面的麻依依,臉卻朝向李雙葉吩咐:“讓你嫂子看,我看沒用,要她這種外行人看了都覺得看得懂,有趣,那才能賣座,能起到吸引真正讀者的效果。”
地球上霍金的《時間簡史》看起來賣了好幾百萬冊,但不得不承認的是,至少七八成買書的人,根本沒看那本書,他們買書就是拿去裝逼的。
尤其是大量打腫臉充胖子的社交系文科生,擺在案頭,顯示自己有買這么高逼格的書,或者買來后發條朋友圈分享一下,然后那么艱澀的物理學術著作就丟在那兒吃灰了,根本不去看。
誰要是真把《時間簡史》的銷量當成看這本書的實際讀者群規模,從而覺得科普也是一門有賺頭的生意,那就大錯特錯了,要吃虧的。
麻依依面對老公的不給面子,也是微微有些使小性子:“你要外行都能看得懂,那找我還不夠,姐好歹也算是學霸了。
你應該找家里的女仆,那才算真正深入淺出、通俗易懂嘛。人家白居易寫詩還追求老嫗能解呢,你怎么不跟白居易看齊?”
顧玩知道自己說錯話了,稍微肢體語言安慰了幾句,就讓妻子住口了。
麻依依掙扎不依了幾下,最后還是撒夠氣了,乖乖開始讀稿子。
“……根據宇宙學家的觀測,我們今天的宇宙的化學元素構成比例,大約是氫元素占宇宙中總原子數量的73左右,氦原素占大約23,而后續鋰鈹硼碳氮氧等一切更重的元素全部加起來,也不過是45。
這個元素構成比例,讓我們這個宇宙達成了今天這個樣子。讓恒星得以匯聚并開始持續、溫和地進行核聚變并輻射出能量,讓類地行星得以形成并環繞恒星,最終進化出生命。
我們不禁要問,為什么會是這個比例?這是巧合還是必然?如果讓宇宙重來一次,還會是這個比例嗎?還會形成今天的世界嗎?生命的誕生,有沒有其先決條件的充分性?”
導言寫得倒是很危言聳聽,而且小學生都能聽得懂,至少知道這本書要討論的是什么,現狀如何。
麻依依覺得這部分沒問題,就繼續往下看專業的部分。
“宇宙中氫元素與氦原素的比例,乃至于其他比氦更重的元素的比例,最底層的決定法則,在于宇宙中質子與中子的比例。
眾所周知,標準的氦原子核是由兩個質子加兩個中子構成的,而標準氫原子是由一個質子、沒有中子構成的。氦原子需要1比1的中子與質子,氫原子只需要質子。
至于比氦更重的元素,在宇宙創世之初并不可能存在,因為它們都是恒星誕生后由于超高壓核聚變反應產生的。在宇宙剛誕生的時候,那里只有輻射,只有高熱和膨脹,引力和壓力都是次要的,所以還輪不到核聚變登上宇宙的舞臺。
而第一顆恒星的誕生,距離宇宙剛剛誕生已經很遙遠,是宇宙已經足夠冷卻后的產物,也就不在宇宙創世的討論范圍內。
所以,問題的核心回到了那個最簡潔的表述:宇宙創世之初,為什么氫原素和氦原素的總質量比例,近似接近3比1?為什么那個時刻,質子與中子的比例,接近7比1?”
讀到這兒,麻依依稍微心算了一下,確認數字沒問題。
(氫是純質子,所以3份氫就有3份質。氦是質子中子對半分,所以1份氦的質量可分解為0.5份質和0.5份中。因此氫氦相加后,質子中子是3.5份比0.5份,也就是7比1。)
“這就要從中子的生死存亡法則說起了。眾所周知,中子在沒有被固定到原子核里的時候,以自然游離態存在時,是極為不穩定的,會自動釋放出一個電子,然后其本體衰變為一個質子。
而且這個過程自然狀態下并不可逆,也就是不帶電的中子會衰變成一個帶正電荷的質子,與一個代負電荷的電子。而帶正電的質子與帶負電的電子,卻沒法重新自發合成中子這就是原子物理上常說的衰變。
不過,自然狀態下上述衰變不可逆,卻不代表宇宙之初時也不可逆在宇宙剛誕生的0.1秒后,當時宇宙的溫度高達1000億度,在那樣的環境下,電子會因為所攜帶能量過于巨大,而呈現‘強電子’的狀態,這種強電子在撞擊質子時,是可以做到與質子重新融合,變成中子的。
所以,如果宇宙一直保持1000億度的高溫,那么那兒的質子與中子應該能永遠保持五五開的比例,而不是現在的七比一。后續之所以不可逆了,是因為宇宙快速冷卻了,無法保持一千億度或者至少幾百億度的高溫,僅僅十幾秒鐘后,溫度就下降到了幾十億度,上述強電子與質子重新合成中子的自然逆向衰變,再也無法發生。
到了這一步,問題也就進一步轉化了:從中子開始批量因衰變而‘死亡’、轉化為質子開始,到宇宙的溫度降低到足以產生穩定的原子核之前,還能活下來多少個中子?”
麻依依讀到這兒,書的第一部分的梗概大致就看完了。
很宏大,后面第二部分則是各種嚴謹的計算。
顧玩在書里演算了質子和中子能夠組成氦原子核時,所需的溫度在之前1000億度到幾十億度的時候,原子核都是沒發存在的。因為太熱了,基本粒子運動太劇烈了,原子核根本沒法存在,因為束縛不住,會被質子和中子掙脫。
原子核要存在,需要的上限溫度是9億度。
也就是超過9億度,所有原子都會崩,都無法以原子態存在,只能以離散的質子中子電子等基本粒子態存在。
后續內容的核心,也就推演到了對“從宇宙溫度降低到不足以支持貝塔衰變逆向進行,到進一步冷卻到9億度,花了多長時間。而在這段時間里,多少中子完蛋了”的計算。
貝塔衰變的平均周期是15分鐘。也就是說,如果當初宇宙在分別降溫到這兩個溫度的時間點之間的間隔,超過15分鐘,那么宇宙中所有的中子就都陣亡了,或者說只有忽略不計的極少數存活下來。
今天的世界,將是一團純質子、純氫原子的世界,別的什么都沒有。
但幸好,宇宙降溫到上述兩個溫度的時間點之間的間隔,沒有15分鐘那么久,所以這個世界有一部分中子幸存下來了,也就有了元素周期表后面的所有元素,而不是只有一個單一氫元素。
星系,星球,文明,都應該感謝宇宙降溫速度夠快的不殺之恩。
書中計算的過程很繁瑣,最后顧玩初步計算出了一個大約3分28秒的時間,認定宇宙是在誕生后的3分28秒左右,降低到9億度這個關鍵節點的。
正是在這個節點上,還有占原本中子數四分之一的中子活了下來、還有四分之三的中子衰變成了質子,所以后續有了宇宙的一切。
3分28秒這個時間,地球上其實從沒有人寫過,倒是有一個溫伯格的地球大科學家,算過一個3分46秒的數字。
(這個溫伯格也是諾貝爾物理學獎得主,在地球上,他拿諾獎比發現宇宙微波背景輻射的彭齊亞斯等人,晚了一年。因為他逆推宇宙起源降溫速度的運算,是需要依托對宇宙微波背景輻射的觀測的。所以,顧玩也選擇了在觀測到了最新最低的宇宙微波背景輻射后,進一步做后續反演逆推計算。)
如果顧玩的書就寫到這里為止,那么他也不會比地球上的溫伯格更牛逼。但問題就在于,他寫的遠不止到這一步。
他的結論之所以跟溫伯格不同,是因為他加入了其他輻射擾動變量。顧玩不僅僅是算了對宇宙微波背景輻射的反演,還加入了其他反物質、黑洞輻射誤差等最新成果的反演。
當然,具體還不止這些。其實這里面還有更多無法在幾萬字篇幅以內說清楚的干擾量。
一言以蔽之,除了地球人當年需要用哈勃太空望遠鏡觀測后、才因為宇宙膨脹速度觀測重大誤差,而提出的“暗能量”誤差,沒法被顧玩算到擾動變量里面以外。
其他不依托超先進實驗儀器、觀測設備、純靠理論腦補就能歸納出來的干擾變量,顧玩都算進去了。
而且過程很清晰,基本上是加一道變量重新算一次,讓人感受物理的美學。
至于“暗物質和暗能量”,他只能暫時預言性地提一筆,諸如“如果未來發現宇宙膨脹速度與目前我們的認知量計算結果有誤差,那么上述一切計算都得推倒重來,我們要隨時準備好接受新的發現,并及時定義那些未知的物理量”云云。
到了這一步,他這部新的科普專著,已經極為扎實了,甚至還埋下了更多立帖為證的坑。
就等將來世界證明他的偉大,
或者哪年他自己開個航天公司,自己花上20億美元弄個軌道太空望遠鏡,類似地球人的哈勃那種。
那樣他就可以自己證明自己的偉大。