科普小文章(一)人的声音
你是否想过自己可能有两种声音?什么,两种声音?是的,两种声音。再仔细想想一些细节,比如当你在听自己的录音时会发现自己的声音“变”了,当你用话筒说话时,你也会发现有“两种声音”。这到底是怎么回事呢?
事实应该是这样的:我们说话时,别人所听到的你的声音是经过空气振动传播的,而我们自己所听到的自己的声音有经过空气传播和经过颅骨振动传播(以空气传播为主),两者的频率不相同导致了音调的不同(至于频率不同会不会导致波形不同,以至于影响音色,这点我不太清楚,有必要讨论一下)还有一个有趣的实验,吸入氦气然后会发现音调变高了, 因为声音在氦气中传播速度远大于空气,约为3倍,所以会造成你的音调变高。据此我们也可以推测,自己的录音中的声音比自己所听到的声音略低沉,因为声音在固体中传播速度大于气体。
而录音机很忠实地把你的声音录下来,并让你知道了自己的声音在别人“眼”里是什么样的。而有些人可以毫无顾忌地说出无耻的话,我们只能很遗憾地表示,他对自己录音听的太少了,以至于他根本不知道别人听到这种声音时会是多么的憎恶。当然,还有一些人自我感觉良好,总是沉浸在自己的歌声中,他也不会知道别人已经实在受不了了。
时间上溯到136亿年前,银河系在宇宙中诞生了。
从大爆炸横空出世的宇宙,这时只有10亿岁。这样一个年轻的宇宙是氢和氦的海洋,它让银河系的第一批恒星充满了大量的氢和氦。
这是“黄金时代”的恒星。这第一批恒星猛烈地燃烧着,把四个氢原子核转变成一个氦原子核。它们的生命像夏花一样绚烂而短暂,当氢被烧完的时候,这些大熔炉骤然升温,开始把氦原子核聚合成碳和氧。当氦也燃烧殆尽的时候,又开始燃烧碳和氧,最后燃烧硅,从而形成了大量的铁。当硅也燃烧完之后,这些恒星便成为超新星,化作一团璀璨的焰火,用猛烈的爆炸结束了自己可歌可泣的生命。
随后诞生了属于“白银时代”的第二批恒星。它们斯斯文文地燃烧着,重复着几乎和第一批恒星一样的冶炼元素的过程。只是,一些恒星等不到硅燃烧的阶段就熄灭了,它们变成了白矮星,像幽灵一样在黑暗冰冷的宇宙中踽踽独行;另一些恒星则再次重复了“黄金时代”恒星辉煌的晚年,它们在发生超新星爆炸前的一刹那燃烧硅,为宇宙生出了更多的铁的“灰烬”。
46亿年前,一颗“白银时代”的超新星爆炸,释放出的能量扰动了它周边的一团含铁的星云,于是这团星云开始收缩、分化,在它中间生成了一颗属于“青铜时代”的银河系第三批恒星——太阳。在太阳的周围,众多含铁的星际尘埃也不断碰撞、汇聚,逐渐凝成了八大行星和众多的小天体。地球,就是这八大行星中距太阳第三远的那颗大行星。
原始地球是一团炽热的熔融之球。在这团熔岩逐渐冷却的过程中,原先混在一起的各种化学元素,便因为彼此的秉性不同而分道扬镳。铁,这种表面热情、内心却冷若冰霜的元素,大部分和它的同伴镍一起,挟持着大量的贵金属,沉降到地球的中心,形成地核——也就是地球的那颗至今滚烫而转动不息的心。
如果地球上所有的铁都沉降到地核里,那么也就不会有这本书后面的一切故事了。幸好,还有一部分铁和其他元素携手,形成了和金属铁性质迥异的轻质化合物,这些轻质化合物冉冉上升,成为构成地幔的重要成分。
地幔就像一壶正在加热的表面还浮着一层冰的水,它下面的地核是加热器,上面那一层已经冷凝成坚硬的岩石的薄层就是地壳。就像水加热时会对流一样,地幔内部也有大大小小的对流,地幔物质便在这永无止息的对流中有上有下地缓慢运动着。当上升的地幔热流——也就是岩浆——到达地壳的底部时,要么将它撕裂或顶穿,于是形成壮观的火山喷发,要么只能渗透到它的下层裂缝中,于是形成侵入的岩浆岩。当岩浆中的铁含量比较高时,在火山喷发之后便会形成火山岩浆铁矿,而在岩浆侵入地壳之后,则形成侵入岩浆铁矿。
有时候,在侵入地壳的岩浆温度降低之后,会从中分离出溶解有许多元素的热水来。这些热水比岩浆更容易钻进地壳的裂缝中,一边钻一边把周边的岩石泡得沾上了新的元素,就像腌菜时把蔬菜泡得沾满了盐一样;最后,在这些热水的温度降低之后,还溶解在其中的物质又纷纷析出,形成新的岩石。当热水中的铁含量比较高时,浸泡周边岩石形成的铁矿叫做接触交代铁矿,遇冷析出的铁矿,则叫做热液铁矿。
在地壳内部受到这样的火和热水的锤炼之时,地壳外部却在受着冷水的洗礼。在水的作用下,一些岩石中的可溶成分逐渐被溶走,其中的铁却留了下来,逐渐富集成残余铁矿。但更多的时候,连铁也被溶走,随水注入河流,直到百川归流入海,这些铁才在海中沉积下来,形成沉积铁矿。上面的各种铁矿,如果在后来又受到岩浆的烘烤,在成分上发生一定的变化,则不管原来成因为何,统统叫做变质铁矿。
现在在地球上能找到的最老的岩石,年龄为38亿年。38亿年来,铁,这种刚强与柔弱并存的元素,便在这种种的地质活动中,逐渐在地表或靠近地表的岩层中富集,悄无声息地形成了众多的铁矿。是的,在人类诞生之前,天下之铁,无论聚散,都是悄无声息。
20万年前,智人出现。
从此,铁的历史不再悄无声息,却充满了喧嚣嘈杂,甚至刀光剑影。
《第一推动丛书》我买了一堆。这套书有四个系列:物理系列,宇宙系列,综合系列,生命系列。物理系列大部分我看完了(最新出的新书没有买,我看了14本)。讲相对论和量子物理的书比较多。《时间之箭》,《新量子世界》这两本我最喜欢。国内的科普书比较好看的有:《第一推动丛书》,《盗火者译丛》,《金羊毛系列》,《世界科普名著精选》。《第一推动系列》有更新,质量不错,是以物理为主。《盗火者译丛》也不错,主要是以生物为主。《金羊毛系列》和《世界科普名著精选》比较杂,物理,化学,生物都有。
因为大人们经常整我,我最近买了18本书。这堆书里面大部分都是第一推动系列的。我把综合系列的《复杂》看完了。买书的时侯,我看到几个吸引我的关键词:混沌,线性兔子和非线性兔子。我曾经看过一本关于混沌的书:《混沌:开创新科学》(这本书不错)。我小时候曾经在家里的“开心农场”里面种过白菜,养过兔子。《复杂》这本书里面的内容很杂,混沌,信息学,图灵机,遗传学,网络等。混沌,分形,自相似性,这些内容在许多关于混沌的科普书里面都有。热力学里面出名的是热力学第二定律,麦克斯韦的妖精。图灵机,计算机,循环,信息的自我复制。遗传学里面的GA算法很像大学数据结构里面的某个程序(可惜我把这本书丢了,不过知道是这种思想),元胞自动机像俄罗斯方块之类的有一定规则的消除类游戏。我是个生物学小白。免疫系统的T细胞,B细胞。神经系统的网络这些东西都是我没见过的名词。进化也有几个版本。不知道是我中学没学好还是孤陋寡闻,这些东西我以前都不知道。