啟程

這塊鵝卵石旅程的起點在哪里？我們唯一知道的起點就只有“那刻”。鵝卵石來自那刻，組成鵝卵石的所有物質都來自那刻；組成我們這些此時正在思考著鵝卵石的生物的所有物質都來自那刻；人類賴以生存的地球來自那刻；人類深深凝望的星空中的一切都來自那刻。

那是歷史上唯一的一刻。奇特的一刻。非同尋常的一刻。有某種東西被創造出來了，從無到有。它從極微小的起源向外擴展，直至成為宇宙的全部。這一過程被稱為宇宙大爆炸，發生在大約137億年前。

鵝卵石和宇宙中的其他物質一樣，其來歷仍然是一個深奧的謎。這枚鵝卵石的物質、它所屬的威爾士山丘的物質、它所在的地球的物質、太陽系的物質、銀河系的物質、無數遠近星系的物質，是如何從一個點（一個許多人認為根本沒有大小的“奇點”）膨脹成現在的樣子的？奇點膨脹的速度又為何如此驚人？人們認為，在不到一秒鐘的時間里，奇點就從微觀尺寸擴張到了比銀河系還大的體積，這樣的速度似乎遠超光速。

我們的這枚鵝卵石中的原子，在礦物框架中顯得如此安靜穩定，這些是亞原子粒子、夸克和輕子以及它們的親友們在宇宙大爆炸后的“激烈戰斗”中為數不多的幸存者。那是一場在數萬億攝氏度的高溫下進行的激烈戰斗，從未重演過。粒子和反粒子相互湮滅，釋放出的能量進一步助燃了這把宇宙之火，大部分粒子都沒能幸存下來。

會不會有某些區域的反物質從這場戰斗中逃脫了，最終在某個遙遠的反星系的反行星的反海岸上形成了反鵝卵石？我年輕時曾在自己創作的科幻小說中寫下過這樣的想法，天文學家也曾在夜空中尋找反物質星系與普通物質星系相遇時發出的閃光——如果它們相遇，相反的粒子會轉化為純粹的能量。可惜，我們目前還沒發現這種閃光。要么是在宇宙誕生的最初幾分鐘里，物質以絕對優勢勝出了；要么就是那些反物質鵝卵石位于離我們無限遙遠的反海岸上，即使是最強大的望遠鏡也無法看到。

不管是哪種情況，在宇宙誕生不到一秒的時間里，鵝卵石中的原子就已經開始接近我們熟悉的樣子了。宇宙在急劇冷卻、急速膨脹，整個兒是一座核聚變的熔爐（將會產生未來的原子核），溫度也迅速下降到10億攝氏度。質子和中子就在此時出現了。質子本身就是一個簡單的氫原子核，它過去是、現在仍然是可見宇宙中最常見的“建材”。讓一個中子撞入一個質子，兩者就結合成一個氘核；再撞入一個質子（還可以再多撞入一個中子），就變成了氦核。大量的氦就是這樣產生的，差不多占當時形成的物質的1/4。極小部分情況下，又有一個質子成功地撞入，于是出現了微量的鋰核。

就這樣，距離大爆炸已過去了三分鐘。至此，至少就鵝卵石中的物質而言，一切都已經形成了。由原子核和電子組成的等離子體在一個像豌豆湯一樣不透明的宇宙中不斷向外發射。在成群亂轉的大量粒子團中，光子不斷地被發射和反彈。

25萬年過去了。然后，就有了光。宇宙變得透明了。電子被捕獲，形成了中性原子；光子終于得以穿過越來越稀薄的粒子，照亮了整個宇宙。這時，組成鵝卵石的原子沐浴在宇宙的輝光下，而宇宙的溫度只有3 000攝氏度。在之后137億年的時間里，強烈的輻射已經變暗，宇宙的溫度也冷卻到了絕對零度以上3攝氏度。如今，天文學家仍然可以在天空中的每一個角落探測到這種微弱的余輝，這就是宇宙微波背景輻射。

這是朝著我們熟悉的“正常狀態”邁出的一大步。粒子仍不斷向外發射，其溫度飛速下降，這讓電子可以被碰撞產生的原子核俘獲，并進入它們幾乎將永恒占據的軌道（當然，在我們所知道的電現象中，電子很容易在原子之間亂竄）。原子首次出現了：有氫原子、氦原子和少量的鋰原子。

我們這枚鵝卵石上的一些原子就這樣誕生了。其中，石頭里水分子中的氫原子的血統最為古老。但它并不“顯老”：它的質子還像新的一樣，唯一的電子還像剛進入軌道時一樣不知疲倦地運行著。

鵝卵石中其他大多數原子的誕生則需要等待更長的時間。它們的原材料來自早期膨脹宇宙中的氫云和氦云。要制造這些較大的原子，還需要進一步熔煉，而當時還沒有這樣的熔爐。

大爆炸的輝光逐漸消退，溫度不斷下降，宇宙暗了下來，原子處于一片不斷擴大的黑暗之中。氣體云的時代到來了，宇宙的發展開始不均勻起來。之所以能有接下來的故事，能出現記錄這些故事的人，都是因為大爆炸的不完美。

如果最初的大爆炸是完全規律的，它的產物完全均勻地擴散到不斷膨脹的宇宙中，那么整個宇宙會變得越來越稀薄、越來越冷，原子將孤獨地分散開來，彼此間的距離越發遙遠。但是，那場爆炸中出現了波動和不規則現象，即使是現在，我們也能看到彌漫在外太空的原始、幾乎冷卻的宇宙余輝的強度的區域性變化。

在氣體云較厚的地方，引力（大爆炸的另一項重要發明，大爆炸還產生了其他物理定律和力）開始發揮作用。在早期宇宙漫長的黑暗時代，氫原子和氦原子，以及極少數鋰原子，開始慢慢地被吸引到一起。在質量更大的云團中，氣體不斷墜落到密度越來越大的巨大氣體球的核心。由于無法繼續前進，氣體開始減速。在被壓縮的過程中，它的動能轉化成了熱量。當其中一個氣體球中產生的熱量首次達到1億攝氏度左右時，核反應開始，宇宙的某處閃耀出一束新的光芒。第一座星星熔爐開始運轉，第一顆恒星誕生了。

恒星的誕生是創造大部分鵝卵石的必要前提，但要創造出真正的鵝卵石，我們還得再等一等。因為，一顆剛剛點亮的恒星的內核還不足以培育出比氦更大的原子，而1億攝氏度的溫度對創造鵝卵石來說還是太低了。不過，在這種溫度下，一個高速運轉的氫原子核有足夠的能量克服質子間的靜電斥力，與另一個原子核發生碰撞。一旦它們靠得足夠近，強核力就能把兩個原子核鎖定在一起。然后，4個氫原子核（質子）通過一系列反應結合在一起，形成一個氦核，在結合的過程中，原子核的質量損失了一小部分。愛因斯坦發現的世界上最著名的方程式E=mc2顯示，這部分損失的質量已經轉化為能量，而且是相當巨大的能量。這一公式簡單地說明，原子核碰撞產生的能量等于其損失的質量與光速的平方［9×1016(m/s)2］相乘。這個極大的數字就是驅動恒星的核聚變能量的量級。

如果我們想把更多的質子和中子組裝成更大的原子核，就需要更高強度的條件。像太陽這樣的小恒星是不行的。從銀河系的尺度來看，太陽和大多數恒星一樣，是一座普通、緩慢燃燒的熔爐。它已經穩定地燃燒了45億多年，一直在緩慢地將氫燃料轉化為氦。它在至少一顆系內行星——地球上孕育了生命，并為其提供了足夠的溫度，使其得以繁衍；它還將這樣燃燒50億年左右。

想要創造出組成巖質行星及鵝卵石的元素，還需要一顆體積是太陽的幾倍或更大的大恒星。這些巨型熔爐燃燒的溫度更高，燃燒的速度也更快。可以說，它們是在貪婪地耗盡燃料，甚至在短短的幾百萬年內就耗盡了那龐大的氫儲備。當核焰開始變暗時，恒星的內部就再也無法抵擋壓迫性的引力，開始坍縮。坍縮也會產生熱量，這部分熱量來自緊緊擠在一起向恒星內部墜落的原子間的摩擦。熱量是原子運動速度的一個簡單量度：溫度達到大約2億攝氏度，說明此時氦原子的運動速度足以熔化自己的原子核，這會重新點燃恒星的核反應熔爐。就這樣，新的元素——碳誕生了，它的出現使生命（至少是我們目前所知的生命形式）有了存在的可能。

在這顆快速演化的恒星中，氦也很快耗盡，下一輪的坍縮和復燃開始了。溫度達到8億攝氏度時，碳的原子核也被點燃了，就此誕生了更多元素：氧、氖、鈉、鎂，而這些新元素又相繼為熔爐提供燃料，并成為制造更多新元素的原料。現在，恒星核心的溫度已經達到了30億攝氏度！

“恒星煉金術”也有極限，鐵元素就是分水嶺。對于比鐵原子（其原子核內共有56個質子和中子）輕的原子，恒星內部的高溫可以融合原子核，不斷形成更大的原子，這一過程會釋放能量；而對于比鐵原子大的原子，通過融合來制造更大的原子反而將吸收恒星的能量，使核反應變小、熄滅，直至毀滅恒星自身。在最后綻放的階段，恒星又制造出了如今鵝卵石中所含有的更大的原子：銅、鋅、砷、鉛、鑭，還有金、銀和鉑。一顆恒星就這樣光榮地、震撼地死去，留下了豐富的各類元素。

關于恒星的死亡，歷史上有這樣的記載：7 300年前，在銀河系的一個遙遠角落里，一顆恒星爆發出耀眼的光亮，堪稱奇觀。過了6 300年，也就是距今1 000年前，它的光芒與能量抵達了地球。在長達三周的時間里，無論白天黑夜，它都是天空中僅次于太陽的最亮物體。在阿拉伯、中國、日本、北美當地部落，甚至在愛爾蘭的修道院里，人們都看到并記錄下了這一壯觀的景象。然后，這顆恒星逐漸黯淡下去，兩年后，人們甚至無法在夜空中尋到它了。如今，再把望遠鏡對準這個區域，我們會看到一片巨大的蟹狀星云，它是一顆超新星的殘骸。

即使按照我們這個“狂暴”宇宙的標準衡量，這樣的恒星死亡也極具能量。如果太陽變成一顆超新星（所幸并不可能，因為與其他恒星相比，它簡直太弱小了），那么我們的天空中將充滿太陽的光芒，它的亮度將突然提高100億倍。這股能量之大，相當于銀河系中所有其他恒星發出的光芒總和；還沒等觀察者的眼睛和大腦反應過來，地球上所有生命就已經蒸發殆盡了。再過幾天，地球也會如沙塵般消散于宇宙之中。恒星的消亡如此壯觀，可我們要收回思緒，只關注一點：這將是唯一適合鍛造鵝卵石中剩余原子的鐵砧。

當一顆巨型恒星耗盡了所有燃料開始坍縮時，超新星就會形成。恒星內爆時，其內部可以看作宇宙大爆炸的短暫重現，中子如暴風雪般被釋放出來，撞擊到緊密擠在一起的原子核上，并嵌入其中，增大原子的體積。在瀕死恒星的核心，溫度和壓力的大小已經遠超人類的理解范圍，余下的元素都在這一刻被創造出來，一直到鉛、鈾乃至更重的元素。不過，并非所有這些新原子都能持續存在下去。由于它們是由混亂的亞原子粒子颶風制造出來的，因此相對于原生原子來說，它們含有的中子數目可能過多，也可能過少。這些不穩定的原子可能會在形成后的幾分之一秒、幾天、幾年或幾萬年內分崩離析，這取決于它們確切的構造。

這些元素在恒星中的停留時間很短。災難性的內爆會反彈向外，隨后，星體的大部分都在超新星爆炸中被噴射出去。這些被創造出來的元素隨著恒星碎片一起飛向外太空，開始了穿越綿延無際的星際空間的旅程。它們凝結成第一批礦物，成為星塵：正是它們組成了新的恒星和行星，組成了太陽與地球，組成了人類與鵝卵石。

如今，人類可以看到遠方的星塵。銀河系中有一些塵埃云（也叫星云），如果塵埃旋渦的密度足夠大，它就會擋住星光，照片中常見的馬頭星云就是如此。星云籠罩著年輕的恒星，這些恒星離我們很近，我們能逐一檢查它們，用望遠鏡和光譜儀分析穿過星云的光線。分析表明，塵埃中有我們熟悉的礦物：鐵和鎂的硅酸鹽，如橄欖石和輝石等，呈沙粒大小；還有碳，從微小的碳粒到被稱為“石墨晶須”的長發般的物質，再到小顆粒的鉆石不等，它們的光譜信號各有不同。人類已經收集到了一些星塵：星塵號探測器使用了一種特殊的凝膠涂層收集器，它從被認為源自太陽系外的塵埃粒子流中捕捉到了一些微粒。通過細致的化學分析，我們在隕石中也發現了來自遙遠恒星系統的星塵。這些氧化物和硅酸鹽微粒都是外星物質留下的蛛絲馬跡，因為其同位素的比例與太陽系內發現的任何物質都大相徑庭。

一枚鵝卵石中的原子來自多少顆超新星？這些原子在穿越浩瀚的星際空間，到達后來成為我們太陽系的塵埃和氣體云之前，又走了多遠？許多組成鵝卵石的原子可能在越過某些恒星星系時，被成長中的恒星吞噬，又在這些恒星痛苦地消亡之時，連同其他新誕生的原子一起被甩了出去。

我們可以通過望遠鏡，尤其是非凡的哈勃望遠鏡，來了解這些歷史。天文學家正窺視著越來越遠的太空，凝望著越來越久遠的時間。他們已經可以捕捉到在宇宙中行走了超過120億年的古老光線，據推測，這些光線記錄了宇宙大爆炸后不到10億年，第一批恒星誕生的場景。

那是一個“巨星時代”。這些早期恒星非常巨大，也必然如此巨大，因為原始的氫氣和氦氣溫度更高，壓力也比現在大。只有云團足夠大，它才有足夠的引力來克服這種溫度下產生的壓力，因此也就形成了比太陽大幾百倍的巨型恒星。巨型恒星生得快，死得早，它們的死亡推動了宇宙中“化學元素工廠”的啟動。已知最遙遠的類星體的光線照亮了含有碳、氧、鐵的塵埃，這些塵埃在宇宙大爆炸后不到10億年就已經形成了星云。

所以說，鵝卵石原子的演化軌跡是漫長而神秘的，我們很難知道它們來時路的細節，不過有一個例外。我們知道，就在太陽系誕生之前，一顆“暴力恒星”剛剛出現，而且它有可能是助力太陽系形成的必要因素。在形成我們銀河系獨特一角的氣體和塵埃云（指太陽系）附近的某個地方，一顆超新星爆炸了，為這團云層增添了新的物質，其中包括壽命極短、放射性極強的元素，比如比普通鋁原子少一個中子的鋁同位素。這些不穩定元素在產生后的短短幾百萬年內就衰變了。它們在太陽系最早的礦物物質，即隕石的殘骸之上留下了明顯的印記，鵝卵石中也包含了這種早期衰變后留下的碎片。

附近這顆超新星的爆發，為原始太陽星云播下了高放射性元素的種子，除此以外，它可能還發揮了更大的作用。這顆超新星產生的沖擊波也許還推動了塵埃和氣體云的最終聚集和坍縮，它們在其自身質量的引力作用下，形成了我們的太陽系。因此，地球和為它提供溫暖的太陽可能就誕生于“宇宙暴力事件”之中。

這團坍縮的氣體和塵埃云的核心將被熱核反應點燃，從而形成太陽；周圍的氣體和塵埃則形成了原行星盤，它是未來物質（包括鵝卵石）的發源地，孕育了我們如今已知的太陽系行星，以及許多小行星和彗星，它們越過太陽系最外層的行星，一直延伸到奧爾特云廣袤的冰冷地帶。太陽系的覆蓋范圍一直到距離太陽1光年的黑暗地帶，這個長度是我們與最近的恒星——比鄰星的距離的1/4。

在太陽這個新恒星系統誕生的過程中，各種元素發生了分離，硅、鋁、鐵、鎂和氧等宇宙中的稀有元素（它們只占宇宙物質的千分之一）從常見的氫和氦中分離出來。含有鵝卵石原子的塵埃粒子圍繞太陽旋轉，這一區域日后將會出現巖質行星。

這一區域充滿能量和暴力，也充滿奧秘。塵埃粒子逐漸匯聚成熔巖滴，為形成行星做準備。我們如果打碎一塊隕石，并用放大鏡去觀察它，就能看到相關的證據。現在的這些隕石是當時原始巖石的碎片，它們可能沒有被卷入行星的構造過程，或者可能是在構造開始后又被撕碎。在放大鏡下，你會發現隕石是由成千上萬個小球體粘在一起組成的，有點兒像是魚子醬的化石。它們本來是微小的凝固熔巖滴，曾被加熱至1 500攝氏度，不僅其中的水被蒸發，鉀、鎂和鐵等元素也消散了。這些熔巖滴逐漸集聚成了濃密的熾熱巖漿云，直徑達數百至數千千米。

是什么如此劇烈地加熱了這些熔巖滴？不是太陽，因為這顆恒星尚未點燃，它的熱量還太微弱、太遙遠；也不是穿過塵埃云的閃電，因為熔巖滴熔化得太徹底、太普遍了，絕非偶然現象。也許超新星爆發帶來的高放射性元素的衰變可以產生一定熱量，但僅靠它是不夠的。那么主要的熱源是什么呢？有人認為，可能是太陽和它周圍碎片形成的盤狀結構中的大量物質之間的引力拉鋸所驅動的、席卷整個太陽星云的巨大沖擊波。所以如果地球上的宇航員想去宇宙深處親歷恒星系統的誕生，他們最好當心，那里將會險象環生。

險象環生，但也富饒無比。洶涌熾熱的隕石球粒云密度大到擁有了自己的引力場，這使它們得以坍縮聚合成小行星和更大的微行星（星子），直徑達幾十千米，這可能是未來行星的雛形。這些碎片占據著繞太陽運行的同一軌道面，相互碰撞，或粉碎成末，或相互吞噬并變大。

行星構造的過程非常倉促。在這個由塵埃、巖石碎片和熔巖滴組成的劇烈旋轉的原行星盤中，組成鵝卵石的原子只短暫停留了一段時間。就在短短的幾百萬年間，它們中的絕大多數就已經聚集到了太陽系新形成的距離太陽第三近（或許當時是第四近）的行星之上。

約45億年前，鵝卵石中元素的大部分（但不是全部）從遙遠的起源地聚集在一起，分散在一個直徑約1萬千米的巖石球（比現在的地球小百分之幾）中。它們在球體中的分布也不是隨機的。部分原子，尤其是未來鵝卵石中的鐵原子和鎳原子，又經歷了一次分離過程。在重力的作用下，這兩種金屬絕大部分都以熔滴的形式越流越深，向下流淌了數千千米，最終形成了地球的金屬鎳-鐵內核。這一過程被稱為“鐵災變”，過程中釋放的熱量使地表成了巖漿的海洋。不過，這并沒有帶來傷亡，因為此時地球上還沒有出現生命。

這塊鵝卵石中的鎳原子和鐵原子（以及部分硫原子），當然還有更稀有的銥原子和金原子，都是那次大分離中的幸存者。這些原子的大部分都被拖入了地核，那是任何礦工都無法觸及的地球最深處。

在年輕地球的巨大外殼上，組成鵝卵石的原子會在哪里呢？它們可能分散在無數的礦物顆粒中，在我們稱之為地幔的、近3 000千米厚的巖石和巖漿混合物中的某個地方。此時，地幔物質已經開始在整個地球的淺層和深層循環，而這些原子就分散于地幔流中。它們比以往任何時候都更接近彼此，但在大量地幔物質中仍然稀釋得無法辨別。

還有一些鵝卵石原子身處地球之外。讓我們把時間定位到地球從太空碎石和行星碎片中吸積成形后的500萬年到2 000萬年之間。此時，突然發生了一件事，足以從根本上重塑這些鵝卵石原子，也足以確定地球未來的演化方向。不過就暴力程度和能量而言，這件事與鑄造了大量鵝卵石原子的恒星爆炸相比顯得微不足道，更不用說宇宙大爆炸那難以想象的壯觀場景了。

但是，這件事在任何科幻大片中都會占據中心位置。鵝卵石原子的最后一批主力正以每小時數千千米的速度向地球靠近。它們來自另一個星球，一個注定要毀滅的星球，因為它正要與地球相撞。忒伊亞星就要來了。