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第一章 宇宙简史(3)

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按理,反应堆既然能实现链式反应,那么只要使它的中子增殖系数k大于1,不加控制,链式反应的规模将越来越大,则最终会发生爆炸。

也就是说,反应堆也可以成为一颗“原子弹”。实际上也是这样,若增殖系数k大于1而不加控制的话,反应堆确实会发生爆炸,所谓反应堆超临界事故就是属于这样一种情况。

反应堆重达几百吨、几千吨,无法作为武器使用。而且在这种情况下,裂变物质的利用率很低,爆炸威力也不大。

要制造原子弹,首先要减小临界质量,同时要提高爆炸威力。

这就要求原子弹必须利用快中子裂变体系,装药必须是高浓度的裂变物质,同时要求装药量大大超过临界质量,以使增殖系数k远远大于1。

原子弹的装药,能大量得到、并可以用作原子弹装药的还只限于铀235、钚239和铀233三种裂变物质。

铀235是原子弹的主要装药。要获得高加浓度的铀235并不是一件轻而易举的事,这是因为,天然铀235的含量很小,大约140个铀原子中只含有1个铀235原子,而其余139个都是铀238原子。

尤其是铀235和铀238是同一种元素的同位素,它们的化学性质几乎没有差别,而且它们之间的相对质量差也很小。

用普通的化学方法无法将它们分离;采用分离轻元素同位素的方法也无济于事。

而氢弹是原子弹的加强版,里面是一个原子弹,外面是液体高压状态下的氘氚,只要达到了临界温度,大约1.6亿度,就可以发生核聚变。

核聚变的威力是核裂变的三至四倍,所以可以想象宇宙中的那一些恒星在无时不刻发生热核反应,是多么的威力巨大。

质子和中子又会结合在一起形成氦原子核,同时还有极少量的氘、锂、铍原子核。氢原子核和氦原子核的质量比为3:1。

由于宇宙的温度和密度迅速下降,更多更重的原子核来不及形成,氢和氦就构成了宇宙的物质基础。

在宇宙形成之后的一段时间里,由于光子与带电粒子的耦合作用,宇宙是不透光的,所以我们无法通过光学手段来窥探宇宙最初时刻的景象。

直到宇宙经历38万年的膨胀和冷却之后,脱耦的光子可以在空间中自由传播,宇宙才变得透光,这就是我们通过光学手段所能观测到的最早宇宙景象。

这些最古老的光子如今还在整个宇宙中游荡,各个方向的分布都非常均匀,它们被称为宇宙微波背景辐射。

由于空间膨胀拉长了最初光子的波长,这些光已经成了肉眼无法看见的微波。各向同性的宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸理论最有力的证据之一。

经过大约1亿年的演化,宇宙的温度开始适合恒星的形成。氢、氦气体云在引力作用下形成了质量巨大的第一代恒星,它们的核聚变反应可以产生各种重元素。

并且在第一代恒星的短暂一生结束之时,剧烈的超新星爆发不但可以进一步合成更重的元素,而且还能把重元素抛射到的宇宙中,成为下一代恒星的原料。

虽然恒星合成了重元素,但与氢和氦相比,重元素的比例非常低。经过138亿年后,如今宇宙中99%的物质(不包括暗物质)仍然是由氢和氦组成,并且它们的质量比还是差不多3:1,这也能作为宇宙大爆炸理论的有力证据之一。

在第一代恒星出现之后不久,星系开始形成,其中也包括我们的银河系。

如果我们现在观测最为遥远的宇宙,可以看到早期宇宙的星系都是一些尚在发育的星系,这也能支持宇宙大爆炸理论。

而且还有一些其他的理论,比较著名的是平行宇宙理论,也就是说,在我们的宇宙形成的时候,同时存在许许多多个奇点,发生了爆炸,从而产生了许许多多个平行宇宙。

星系的中心天体是恒星,所有的恒星都从通常被称为星云或分子云的气体和尘埃坍缩中诞生。

恒星的演化开始于巨分子云。一个星系中大多数虚空的密度是每立方厘米大约0.1到1个原子,但是巨分子云的密度是每立方厘米数百万个原子。

一个巨分子云包含数十万到数千万个太阳质量,直径为50到300光年。

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