启程

这块鹅卵石旅程的起点在哪里？我们唯一知道的起点就只有“那刻”。鹅卵石来自那刻，组成鹅卵石的所有物质都来自那刻；组成我们这些此时正在思考着鹅卵石的生物的所有物质都来自那刻；人类赖以生存的地球来自那刻；人类深深凝望的星空中的一切都来自那刻。

那是历史上唯一的一刻。奇特的一刻。非同寻常的一刻。有某种东西被创造出来了，从无到有。它从极微小的起源向外扩展，直至成为宇宙的全部。这一过程被称为宇宙大爆炸，发生在大约137亿年前。

鹅卵石和宇宙中的其他物质一样，其来历仍然是一个深奥的谜。这枚鹅卵石的物质、它所属的威尔士山丘的物质、它所在的地球的物质、太阳系的物质、银河系的物质、无数远近星系的物质，是如何从一个点（一个许多人认为根本没有大小的“奇点”）膨胀成现在的样子的？奇点膨胀的速度又为何如此惊人？人们认为，在不到一秒钟的时间里，奇点就从微观尺寸扩张到了比银河系还大的体积，这样的速度似乎远超光速。

我们的这枚鹅卵石中的原子，在矿物框架中显得如此安静稳定，这些是亚原子粒子、夸克和轻子以及它们的亲友们在宇宙大爆炸后的“激烈战斗”中为数不多的幸存者。那是一场在数万亿摄氏度的高温下进行的激烈战斗，从未重演过。粒子和反粒子相互湮灭，释放出的能量进一步助燃了这把宇宙之火，大部分粒子都没能幸存下来。

会不会有某些区域的反物质从这场战斗中逃脱了，最终在某个遥远的反星系的反行星的反海岸上形成了反鹅卵石？我年轻时曾在自己创作的科幻小说中写下过这样的想法，天文学家也曾在夜空中寻找反物质星系与普通物质星系相遇时发出的闪光——如果它们相遇，相反的粒子会转化为纯粹的能量。可惜，我们目前还没发现这种闪光。要么是在宇宙诞生的最初几分钟里，物质以绝对优势胜出了；要么就是那些反物质鹅卵石位于离我们无限遥远的反海岸上，即使是最强大的望远镜也无法看到。

不管是哪种情况，在宇宙诞生不到一秒的时间里，鹅卵石中的原子就已经开始接近我们熟悉的样子了。宇宙在急剧冷却、急速膨胀，整个儿是一座核聚变的熔炉（将会产生未来的原子核），温度也迅速下降到10亿摄氏度。质子和中子就在此时出现了。质子本身就是一个简单的氢原子核，它过去是、现在仍然是可见宇宙中最常见的“建材”。让一个中子撞入一个质子，两者就结合成一个氘核；再撞入一个质子（还可以再多撞入一个中子），就变成了氦核。大量的氦就是这样产生的，差不多占当时形成的物质的1/4。极小部分情况下，又有一个质子成功地撞入，于是出现了微量的锂核。

就这样，距离大爆炸已过去了三分钟。至此，至少就鹅卵石中的物质而言，一切都已经形成了。由原子核和电子组成的等离子体在一个像豌豆汤一样不透明的宇宙中不断向外发射。在成群乱转的大量粒子团中，光子不断地被发射和反弹。

25万年过去了。然后，就有了光。宇宙变得透明了。电子被捕获，形成了中性原子；光子终于得以穿过越来越稀薄的粒子，照亮了整个宇宙。这时，组成鹅卵石的原子沐浴在宇宙的辉光下，而宇宙的温度只有3 000摄氏度。在之后137亿年的时间里，强烈的辐射已经变暗，宇宙的温度也冷却到了绝对零度以上3摄氏度。如今，天文学家仍然可以在天空中的每一个角落探测到这种微弱的余辉，这就是宇宙微波背景辐射。

这是朝着我们熟悉的“正常状态”迈出的一大步。粒子仍不断向外发射，其温度飞速下降，这让电子可以被碰撞产生的原子核俘获，并进入它们几乎将永恒占据的轨道（当然，在我们所知道的电现象中，电子很容易在原子之间乱窜）。原子首次出现了：有氢原子、氦原子和少量的锂原子。

我们这枚鹅卵石上的一些原子就这样诞生了。其中，石头里水分子中的氢原子的血统最为古老。但它并不“显老”：它的质子还像新的一样，唯一的电子还像刚进入轨道时一样不知疲倦地运行着。

鹅卵石中其他大多数原子的诞生则需要等待更长的时间。它们的原材料来自早期膨胀宇宙中的氢云和氦云。要制造这些较大的原子，还需要进一步熔炼，而当时还没有这样的熔炉。

大爆炸的辉光逐渐消退，温度不断下降，宇宙暗了下来，原子处于一片不断扩大的黑暗之中。气体云的时代到来了，宇宙的发展开始不均匀起来。之所以能有接下来的故事，能出现记录这些故事的人，都是因为大爆炸的不完美。

如果最初的大爆炸是完全规律的，它的产物完全均匀地扩散到不断膨胀的宇宙中，那么整个宇宙会变得越来越稀薄、越来越冷，原子将孤独地分散开来，彼此间的距离越发遥远。但是，那场爆炸中出现了波动和不规则现象，即使是现在，我们也能看到弥漫在外太空的原始、几乎冷却的宇宙余辉的强度的区域性变化。

在气体云较厚的地方，引力（大爆炸的另一项重要发明，大爆炸还产生了其他物理定律和力）开始发挥作用。在早期宇宙漫长的黑暗时代，氢原子和氦原子，以及极少数锂原子，开始慢慢地被吸引到一起。在质量更大的云团中，气体不断坠落到密度越来越大的巨大气体球的核心。由于无法继续前进，气体开始减速。在被压缩的过程中，它的动能转化成了热量。当其中一个气体球中产生的热量首次达到1亿摄氏度左右时，核反应开始，宇宙的某处闪耀出一束新的光芒。第一座星星熔炉开始运转，第一颗恒星诞生了。

恒星的诞生是创造大部分鹅卵石的必要前提，但要创造出真正的鹅卵石，我们还得再等一等。因为，一颗刚刚点亮的恒星的内核还不足以培育出比氦更大的原子，而1亿摄氏度的温度对创造鹅卵石来说还是太低了。不过，在这种温度下，一个高速运转的氢原子核有足够的能量克服质子间的静电斥力，与另一个原子核发生碰撞。一旦它们靠得足够近，强核力就能把两个原子核锁定在一起。然后，4个氢原子核（质子）通过一系列反应结合在一起，形成一个氦核，在结合的过程中，原子核的质量损失了一小部分。爱因斯坦发现的世界上最著名的方程式E=mc2显示，这部分损失的质量已经转化为能量，而且是相当巨大的能量。这一公式简单地说明，原子核碰撞产生的能量等于其损失的质量与光速的平方［9×1016(m/s)2］相乘。这个极大的数字就是驱动恒星的核聚变能量的量级。

如果我们想把更多的质子和中子组装成更大的原子核，就需要更高强度的条件。像太阳这样的小恒星是不行的。从银河系的尺度来看，太阳和大多数恒星一样，是一座普通、缓慢燃烧的熔炉。它已经稳定地燃烧了45亿多年，一直在缓慢地将氢燃料转化为氦。它在至少一颗系内行星——地球上孕育了生命，并为其提供了足够的温度，使其得以繁衍；它还将这样燃烧50亿年左右。

想要创造出组成岩质行星及鹅卵石的元素，还需要一颗体积是太阳的几倍或更大的大恒星。这些巨型熔炉燃烧的温度更高，燃烧的速度也更快。可以说，它们是在贪婪地耗尽燃料，甚至在短短的几百万年内就耗尽了那庞大的氢储备。当核焰开始变暗时，恒星的内部就再也无法抵挡压迫性的引力，开始坍缩。坍缩也会产生热量，这部分热量来自紧紧挤在一起向恒星内部坠落的原子间的摩擦。热量是原子运动速度的一个简单量度：温度达到大约2亿摄氏度，说明此时氦原子的运动速度足以熔化自己的原子核，这会重新点燃恒星的核反应熔炉。就这样，新的元素——碳诞生了，它的出现使生命（至少是我们目前所知的生命形式）有了存在的可能。

在这颗快速演化的恒星中，氦也很快耗尽，下一轮的坍缩和复燃开始了。温度达到8亿摄氏度时，碳的原子核也被点燃了，就此诞生了更多元素：氧、氖、钠、镁，而这些新元素又相继为熔炉提供燃料，并成为制造更多新元素的原料。现在，恒星核心的温度已经达到了30亿摄氏度！

“恒星炼金术”也有极限，铁元素就是分水岭。对于比铁原子（其原子核内共有56个质子和中子）轻的原子，恒星内部的高温可以融合原子核，不断形成更大的原子，这一过程会释放能量；而对于比铁原子大的原子，通过融合来制造更大的原子反而将吸收恒星的能量，使核反应变小、熄灭，直至毁灭恒星自身。在最后绽放的阶段，恒星又制造出了如今鹅卵石中所含有的更大的原子：铜、锌、砷、铅、镧，还有金、银和铂。一颗恒星就这样光荣地、震撼地死去，留下了丰富的各类元素。

关于恒星的死亡，历史上有这样的记载：7 300年前，在银河系的一个遥远角落里，一颗恒星爆发出耀眼的光亮，堪称奇观。过了6 300年，也就是距今1 000年前，它的光芒与能量抵达了地球。在长达三周的时间里，无论白天黑夜，它都是天空中仅次于太阳的最亮物体。在阿拉伯、中国、日本、北美当地部落，甚至在爱尔兰的修道院里，人们都看到并记录下了这一壮观的景象。然后，这颗恒星逐渐黯淡下去，两年后，人们甚至无法在夜空中寻到它了。如今，再把望远镜对准这个区域，我们会看到一片巨大的蟹状星云，它是一颗超新星的残骸。

即使按照我们这个“狂暴”宇宙的标准衡量，这样的恒星死亡也极具能量。如果太阳变成一颗超新星（所幸并不可能，因为与其他恒星相比，它简直太弱小了），那么我们的天空中将充满太阳的光芒，它的亮度将突然提高100亿倍。这股能量之大，相当于银河系中所有其他恒星发出的光芒总和；还没等观察者的眼睛和大脑反应过来，地球上所有生命就已经蒸发殆尽了。再过几天，地球也会如沙尘般消散于宇宙之中。恒星的消亡如此壮观，可我们要收回思绪，只关注一点：这将是唯一适合锻造鹅卵石中剩余原子的铁砧。

当一颗巨型恒星耗尽了所有燃料开始坍缩时，超新星就会形成。恒星内爆时，其内部可以看作宇宙大爆炸的短暂重现，中子如暴风雪般被释放出来，撞击到紧密挤在一起的原子核上，并嵌入其中，增大原子的体积。在濒死恒星的核心，温度和压力的大小已经远超人类的理解范围，余下的元素都在这一刻被创造出来，一直到铅、铀乃至更重的元素。不过，并非所有这些新原子都能持续存在下去。由于它们是由混乱的亚原子粒子飓风制造出来的，因此相对于原生原子来说，它们含有的中子数目可能过多，也可能过少。这些不稳定的原子可能会在形成后的几分之一秒、几天、几年或几万年内分崩离析，这取决于它们确切的构造。

这些元素在恒星中的停留时间很短。灾难性的内爆会反弹向外，随后，星体的大部分都在超新星爆炸中被喷射出去。这些被创造出来的元素随着恒星碎片一起飞向外太空，开始了穿越绵延无际的星际空间的旅程。它们凝结成第一批矿物，成为星尘：正是它们组成了新的恒星和行星，组成了太阳与地球，组成了人类与鹅卵石。

如今，人类可以看到远方的星尘。银河系中有一些尘埃云（也叫星云），如果尘埃旋涡的密度足够大，它就会挡住星光，照片中常见的马头星云就是如此。星云笼罩着年轻的恒星，这些恒星离我们很近，我们能逐一检查它们，用望远镜和光谱仪分析穿过星云的光线。分析表明，尘埃中有我们熟悉的矿物：铁和镁的硅酸盐，如橄榄石和辉石等，呈沙粒大小；还有碳，从微小的碳粒到被称为“石墨晶须”的长发般的物质，再到小颗粒的钻石不等，它们的光谱信号各有不同。人类已经收集到了一些星尘：星尘号探测器使用了一种特殊的凝胶涂层收集器，它从被认为源自太阳系外的尘埃粒子流中捕捉到了一些微粒。通过细致的化学分析，我们在陨石中也发现了来自遥远恒星系统的星尘。这些氧化物和硅酸盐微粒都是外星物质留下的蛛丝马迹，因为其同位素的比例与太阳系内发现的任何物质都大相径庭。

一枚鹅卵石中的原子来自多少颗超新星？这些原子在穿越浩瀚的星际空间，到达后来成为我们太阳系的尘埃和气体云之前，又走了多远？许多组成鹅卵石的原子可能在越过某些恒星星系时，被成长中的恒星吞噬，又在这些恒星痛苦地消亡之时，连同其他新诞生的原子一起被甩了出去。

我们可以通过望远镜，尤其是非凡的哈勃望远镜，来了解这些历史。天文学家正窥视着越来越远的太空，凝望着越来越久远的时间。他们已经可以捕捉到在宇宙中行走了超过120亿年的古老光线，据推测，这些光线记录了宇宙大爆炸后不到10亿年，第一批恒星诞生的场景。

那是一个“巨星时代”。这些早期恒星非常巨大，也必然如此巨大，因为原始的氢气和氦气温度更高，压力也比现在大。只有云团足够大，它才有足够的引力来克服这种温度下产生的压力，因此也就形成了比太阳大几百倍的巨型恒星。巨型恒星生得快，死得早，它们的死亡推动了宇宙中“化学元素工厂”的启动。已知最遥远的类星体的光线照亮了含有碳、氧、铁的尘埃，这些尘埃在宇宙大爆炸后不到10亿年就已经形成了星云。

所以说，鹅卵石原子的演化轨迹是漫长而神秘的，我们很难知道它们来时路的细节，不过有一个例外。我们知道，就在太阳系诞生之前，一颗“暴力恒星”刚刚出现，而且它有可能是助力太阳系形成的必要因素。在形成我们银河系独特一角的气体和尘埃云（指太阳系）附近的某个地方，一颗超新星爆炸了，为这团云层增添了新的物质，其中包括寿命极短、放射性极强的元素，比如比普通铝原子少一个中子的铝同位素。这些不稳定元素在产生后的短短几百万年内就衰变了。它们在太阳系最早的矿物物质，即陨石的残骸之上留下了明显的印记，鹅卵石中也包含了这种早期衰变后留下的碎片。

附近这颗超新星的爆发，为原始太阳星云播下了高放射性元素的种子，除此以外，它可能还发挥了更大的作用。这颗超新星产生的冲击波也许还推动了尘埃和气体云的最终聚集和坍缩，它们在其自身质量的引力作用下，形成了我们的太阳系。因此，地球和为它提供温暖的太阳可能就诞生于“宇宙暴力事件”之中。

这团坍缩的气体和尘埃云的核心将被热核反应点燃，从而形成太阳；周围的气体和尘埃则形成了原行星盘，它是未来物质（包括鹅卵石）的发源地，孕育了我们如今已知的太阳系行星，以及许多小行星和彗星，它们越过太阳系最外层的行星，一直延伸到奥尔特云广袤的冰冷地带。太阳系的覆盖范围一直到距离太阳1光年的黑暗地带，这个长度是我们与最近的恒星——比邻星的距离的1/4。

在太阳这个新恒星系统诞生的过程中，各种元素发生了分离，硅、铝、铁、镁和氧等宇宙中的稀有元素（它们只占宇宙物质的千分之一）从常见的氢和氦中分离出来。含有鹅卵石原子的尘埃粒子围绕太阳旋转，这一区域日后将会出现岩质行星。

这一区域充满能量和暴力，也充满奥秘。尘埃粒子逐渐汇聚成熔岩滴，为形成行星做准备。我们如果打碎一块陨石，并用放大镜去观察它，就能看到相关的证据。现在的这些陨石是当时原始岩石的碎片，它们可能没有被卷入行星的构造过程，或者可能是在构造开始后又被撕碎。在放大镜下，你会发现陨石是由成千上万个小球体粘在一起组成的，有点儿像是鱼子酱的化石。它们本来是微小的凝固熔岩滴，曾被加热至1 500摄氏度，不仅其中的水被蒸发，钾、镁和铁等元素也消散了。这些熔岩滴逐渐集聚成了浓密的炽热岩浆云，直径达数百至数千千米。

是什么如此剧烈地加热了这些熔岩滴？不是太阳，因为这颗恒星尚未点燃，它的热量还太微弱、太遥远；也不是穿过尘埃云的闪电，因为熔岩滴熔化得太彻底、太普遍了，绝非偶然现象。也许超新星爆发带来的高放射性元素的衰变可以产生一定热量，但仅靠它是不够的。那么主要的热源是什么呢？有人认为，可能是太阳和它周围碎片形成的盘状结构中的大量物质之间的引力拉锯所驱动的、席卷整个太阳星云的巨大冲击波。所以如果地球上的宇航员想去宇宙深处亲历恒星系统的诞生，他们最好当心，那里将会险象环生。

险象环生，但也富饶无比。汹涌炽热的陨石球粒云密度大到拥有了自己的引力场，这使它们得以坍缩聚合成小行星和更大的微行星（星子），直径达几十千米，这可能是未来行星的雏形。这些碎片占据着绕太阳运行的同一轨道面，相互碰撞，或粉碎成末，或相互吞噬并变大。

行星构造的过程非常仓促。在这个由尘埃、岩石碎片和熔岩滴组成的剧烈旋转的原行星盘中，组成鹅卵石的原子只短暂停留了一段时间。就在短短的几百万年间，它们中的绝大多数就已经聚集到了太阳系新形成的距离太阳第三近（或许当时是第四近）的行星之上。

约45亿年前，鹅卵石中元素的大部分（但不是全部）从遥远的起源地聚集在一起，分散在一个直径约1万千米的岩石球（比现在的地球小百分之几）中。它们在球体中的分布也不是随机的。部分原子，尤其是未来鹅卵石中的铁原子和镍原子，又经历了一次分离过程。在重力的作用下，这两种金属绝大部分都以熔滴的形式越流越深，向下流淌了数千千米，最终形成了地球的金属镍-铁内核。这一过程被称为“铁灾变”，过程中释放的热量使地表成了岩浆的海洋。不过，这并没有带来伤亡，因为此时地球上还没有出现生命。

这块鹅卵石中的镍原子和铁原子（以及部分硫原子），当然还有更稀有的铱原子和金原子，都是那次大分离中的幸存者。这些原子的大部分都被拖入了地核，那是任何矿工都无法触及的地球最深处。

在年轻地球的巨大外壳上，组成鹅卵石的原子会在哪里呢？它们可能分散在无数的矿物颗粒中，在我们称之为地幔的、近3 000千米厚的岩石和岩浆混合物中的某个地方。此时，地幔物质已经开始在整个地球的浅层和深层循环，而这些原子就分散于地幔流中。它们比以往任何时候都更接近彼此，但在大量地幔物质中仍然稀释得无法辨别。

还有一些鹅卵石原子身处地球之外。让我们把时间定位到地球从太空碎石和行星碎片中吸积成形后的500万年到2 000万年之间。此时，突然发生了一件事，足以从根本上重塑这些鹅卵石原子，也足以确定地球未来的演化方向。不过就暴力程度和能量而言，这件事与铸造了大量鹅卵石原子的恒星爆炸相比显得微不足道，更不用说宇宙大爆炸那难以想象的壮观场景了。

但是，这件事在任何科幻大片中都会占据中心位置。鹅卵石原子的最后一批主力正以每小时数千千米的速度向地球靠近。它们来自另一个星球，一个注定要毁灭的星球，因为它正要与地球相撞。忒伊亚星就要来了。