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我们都是星星的孩子 老孙 发表于 2010-03-19 2009年12月30日下午，我给Starryguo打电话，才得知他已于当天上午7点喜获一女，这个松鼠宝宝还真会挑时间，赶着送给她那位天文爱好者老爸送一份2009年最具份量的礼物。 2009是生物学家和天文学家的狂欢之年。达尔文诞生200周年、《物种起源》发表150周年、还有伽利略开创望远镜天文学400周年纪念从年初继续到年尾。 不过，生物学和天文学的“瓜葛”，从400年前就开始了。达尔文赖以观测生物微观结构的显微镜，最初就是伽利略发明的；400年后的今天，天文学家又告诉我们，其实生命，包括我们自己，也都是星星的孩子。 （图说：恒星的演化提供了生命的物质基础） 1.? 19世纪关于太阳发光的讨论 在遥远的古代，太阳就被封为威力巨大的神灵，直到今天，幼儿园的小朋友都会念“万物生长靠太阳”。不过，科学地认识太阳的本质，却是晚近才发生的事情。 1833年，由音乐家转行的天文学家赫歇尔（Herschel，他发现了天王星）在他的著作《天文学》（Treatise on? Astronomy）中热情洋溢地表达了这个观点： “阳光是地球表面几乎所有运动的最终根源。阳光带来的热量产生了风，由于阳光的“生气”，无机物转变成了植物，并进一步支持动物和人类的活动；在煤层中，阳光的动能效率沉积下来又能够为人类所用。” 歌颂归歌颂，对于阳光从哪里来，与赫歇尔同时代的科学家们始终不能肯定。追问太阳如何发光，其实也就是问太阳的年龄是多少，这两个问题其实是同一个。这个问题的难度，在于人们很难解释太阳发出的巨大能量。在一个平常的夏日，把边长为1厘米的冰块放在阳光下，大约40分钟就可以完全融化（这里是粗略的估算），让我们假想一下，假如有一个厚度为1厘米，半径为1.5亿公里（地球到太阳的距离）的冰壳，包裹在太阳周围，这个庞然大物也将在40分钟内瓦解冰消。什么样的物理机制能够散发如如此之多的热量？ 19世纪的物理学家们最熟悉的，也是宏观上最常见的力就是伟大的牛顿爵士提出的引力作用。1855年德国柯尼斯堡大学的生理学教授亥姆霍兹（Helmholtz）在一次颇有影响的演讲中，提出太阳辐射的巨大能源来自巨大质量的引力收缩，引力能转化为热能，然后导致太阳发光。 同年，开尔文勋爵也提出了他的观点，他基本同意亥姆霍兹，只是在具体机制上略有不同，他认为阳光是由于不断地有彗星撞击到太阳上，这些彗星的引力能产生了太阳所必须的热能。 物理学家们很清楚，要想发光，就必须为太阳提供能源，这是19世纪热力学家们的共识，根据开尔文勋爵提出的热力学第二定律，热量会自发地从热的物体流向冷的物体，很显然，如果没有外来的能源供应，太阳、地球都会逐渐冷却，生命就无法继续在地球上生存。开尔文勋爵是热力学的主要奠基人之一，他的观点在科学界拥有举足轻重的地位。 与物理学家们关心太阳发光机制有所不同的是，生物学家和地理学家们关心的是太阳光的效应，他们所擅长的，是从各种生物、地理现象出发，推算这些现象所持续的时间，也就是地球以及太阳的年龄。 1859年，达尔文在他发表的《物种起源》第一版中对地球的年龄做了一个粗略的估算，他估算了一下由于腐蚀作用，要多长时间才能形成英格兰的威尔德峡谷（Weald），他算出的威尔德峡谷的“剥蚀时间”大约是3亿年，显然在这3亿年里，足以在地球上产生名目繁多的物种。正如赫歇尔说的，阳光是生命和地理现象进化的动力，达尔文估算为地球的年龄，也为太阳的年龄提供了一个下限。 不过达尔文的自然选择理论遭到了开尔文勋爵的坚决反对。虽然天文观测表明没有那么多的彗星来支持开尔文的理论，不过开尔文把他的理论修正为引力能量来自于太阳形成时所吸收的彗星。1862年，开尔文自信满满地宣称： “彗星理论无疑是正确的，它对于太阳热能的解释是毋庸置疑的，其理由如下：（1）除了化学反应的理论之外，没有任何一种自然的解释值得考虑；（2）化学反应的效率比较低，即使最强的化学反应的能量也不足以解释太阳热能，太阳质量所能产生化学能只能让太阳发光3000年；（3）彗星理论支持太阳寿命为两千万年以上，这不存在什么困难。” 开尔文根据太阳的质量和直径，计算了这样一个物体所能够辐射出来的引力能，估计的太阳寿命约为三千万年，从而对达尔文对于地球寿命超过3亿年产生了怀疑，进而认为达尔文所谓的“自然选择”也是不太可能实现的。 19世纪许多科学家对地球和太阳的年龄进行了估算，理论物理学家们根据当时所知道的能量类型的估算，太阳寿命至多为千万年的量级，而地理学家和生物学家们则认为，为了产生地理学的变化和生物进化所需要的能量，太阳至少已经闪耀了几亿年。由于开尔文在科学界的巨大权威及其在理论物理学方面的造诣，达尔文对自己的估算结果产生了深深的怀疑，在他最后一版的《物种起源》中，他删去了所有对