文章來自「科學大院」公眾號
作者：紀揚
一塊石頭，居然能引發全球瘋狂。
先是美國、英國、羅馬尼亞，之後是俄羅斯、西班牙、澳大利亞......幾塊來歷不明、時隱時現的它「星」之石，依次造訪了多個國家。一時間，不少人猜測這是外星人的傑作。
神秘的金屬巨石（圖片來源：CATERS NEWS）
這些神出鬼沒的石頭究竟是不是來自於外星我們還無法斷定，不過事實很可能是：巨石不一定來自外星人，而人一定來自外星球。怎麼聽著更不靠譜？那我們姑且把外星人放在一邊，來說一說石頭。
石頭的歷史可謂源遠流長。別的不說，小小一塊石頭，就能和四大名著都沾上邊：《紅樓夢》又名《石頭記》；《西遊記》裡的孫猴子是從石頭縫裡蹦出來的；《水滸傳》裡的洪太尉將「伏魔之殿」的石碑放倒，使108位「魔君」橫空出世；《三國演義》中孫堅撿到的傳國玉璽當然也是塊石頭。
更不要說女媧用五色石補天、記載奇石的《山海經》，還有埃及的金字塔、英國的巨石陣、復活節島的石像等......
英國巨石陣（圖片來源：veer）
不過今天，大院er要和大家聊的不是石頭的歷史故事，而是構成石頭的化合物。
石頭，一般由碳酸鈣（CaCO ）和二氧化矽（SiO ）組成，囊括了四種元素：鈣、碳、氧、矽。關於上述石頭來自外星球的科學論證，就要從大自然的「魔法師」——元素說起。
01元素：幻化萬千的魔法師
元素是什麼？
原子（atom）是化學反應中不能再分的最小微粒。而原子構成物質的最小單位，稱為元素（Chemical element）。元素是具有相同核電荷數（質子數）的一類原子的總稱。
元素周期表 （圖片來源：中國化學會）
元素是構成世間萬物的基石。據2018年公布的元素周期表，目前總共有118種元素，天然元素94種（原子序數最大的天然元素是鈽），這118種元素就是幻化出大千世界的「魔法師」。由於單個元素都很活潑，它們喜歡電光火石地「暗送秋波」，以產生新的化合物，因此元素有著千變萬化的排列組合。也正是如此，才構成了你看到、聽到、想到的一切——包括你自己。
有了元素，才有了你、你的狗子以及狗子的飯碗。你和你的狗子都是碳基生物，鈣組成了你們的牙齒和骨骼，你們呼吸著同樣的氧，此外身上還有一模一樣的氫、 氮 、磷 、硫、 鉀 ......而且狗子和你一樣，也需要經常補充微量元素來增強營養。
元素是這個世界真正的主宰，它們像魔法師一樣決定著我們的過去、現在和未來。雖說人類起源於陸地還是大海尚存爭議，但起碼我們可以肯定：我們是從元素那「來」的——問題是：地上的元素又是從哪來的呢？
02 地上有的，天上都有
地球上的各種化學元素，在宇宙中都找得到。
去年12月，嫦娥五號從月球上採集回2公斤的土壤樣本，望眼欲穿的人們迫不及待地把這份「快遞」拆開。而至於「快遞」中包裹的是啥，其實不用問也知道：月球含有豐富的氦元素（He），其中月球表面風化層的3He儲存量大約是250萬噸。而在地球上，3He被認為是地幔中的原始物質，且在地幔中的3He總量在0.1到100萬噸之間，其豐度和月球完全沒得比。
火星表面（圖片來源：veer）
火星表面呈猩紅色，這是因為火星含有大量的鐵元素，它們同氧結合，讓火星看上去就長滿「鐵鏽」似的。
金星的大氣層中充滿硫元素，俄羅斯科學家一度認為或有生物能在「硫酸海洋」中生存，但美國科學家對此嗤之以鼻：就憑464度的高溫，你在開什麼玩笑？
人類的飛船還曾去到過太陽系的邊緣，發現海王星上存在大量有機分子，例如甲烷。這進一步激發了人類的好奇心：太陽系之外又如何呢？
太陽系（圖片來源：veer）
想要探索其它恆星的化學成分似乎是個不可能的任務，原因很簡單：太遠了！即使是「天涯若比鄰」的比鄰星，也比海王星遠1萬倍，而離我們最近的仙女座星系，又比比鄰星遠250萬光年。
儘管遠方的恆星遙不可及，但它們卻無時無刻不向我們透露著自己的化學成分，線索就是它們發出的光。這些光線穿越茫茫宇宙來到地球，而隱藏在光線中的信息成為了人類認識這些星球的關鍵。
每種化學元素，都有獨一無二的焰色，這就是元素的「焰色反應」：這仰賴於元素的一種特殊屬性，當它們燃燒時，會發出不同的光芒——鋰是紅色、銅是綠色、鉀是紫色（鉀的焰色反應需透過鈷藍玻璃，以濾掉鈉的黃光，因此鉀的焰色看起來是黃色而非紫色）......正是元素的這種特性，才讓我們得以一窺恆星的構成。
彩虹（圖片來源：veer）
彩虹是太陽投射在天空的光譜，仔細觀察太陽光譜，你會發現有許多錯落的黑線，這些黑線叫做吸收譜線。通過吸收譜線，我們能得到一份化學元素的清單，就像讀條形碼一樣可以讀出太陽精確的元素構成：它包含74.9%的氫、23.8%的氦和1.3%的其它元素。
太陽光譜（圖片來源：Extreme Tech）
這種光譜分析法不僅能用來分析太陽，它對宇宙中任何一顆恆星都適用。通過這種方法，科學家就能夠精確地測算出恆星的組成元素。
通過觀察北極星的光線，我們得知它的重元素和太陽一樣豐富，但碳元素比太陽少得多；織女星的金屬含量只有太陽的三分之一，但天狼星卻富含金屬——它的鐵含量是太陽的三倍多。
儘管每顆恆星的元素含量不同，但無論我們觀察哪片星空，都只能找到與地球相同的元素。看來，我們的元素周期表同樣適合宇宙星辰，地上有的，天上都有。但新的問題出現了：天上的元素，又是從何而來的呢？
03 回到137億年前：宇宙的起點
為了了解生命的歷史，我們必須回到宇宙誕生的那一刻：宇宙的起點（奇點：singularity of the universe）沒有時間也沒有空間，什麼物質都不存在，但有我們無法想像的高溫和密度，這是一種什麼樣的狀態？
《莊子·天地》篇中有言：「泰初有無，無有無名。一之所起，有一而未形。物得以生，謂之德」。意思是說宇宙的最初只有「無」，沒有任何存在，也沒有任何名稱。「混沌一體」產生了卻沒有形體。萬物因此而生，這就叫「自得」。
（19世紀初天城文《梨俱吠陀》手抄本）
古印度詩集《梨俱吠陀》中有段話跟《莊子》的說法類似，但聽起來更令人費解：「無既非有，有亦非有；無空氣界，無遠天界......由空變有，有復隱藏；熱之威力，乃產披一」。意思是說（宇宙）一開始既沒有所謂的「不存在」，也沒有「存在」，既沒有「空間」，也沒有空間以外的「天空」。「空」產生了「有」，它是黑暗的，放出大量的熱，形成了今天的宇宙。
不論莊子還是古印度的先哲，他們古樸的語言與20世紀30年代的宇宙大爆炸理論（The Big Bang Theory）頗有異曲同工之妙。如果勒梅特讀到剛才那兩段話，恐怕要產生出一種高山流水覓知音的惺惺相惜之情。
大爆炸理論指出：在大爆炸之後的1秒內，宇宙從不可思議的100萬萬億°C（這是神馬概念？）下降到100億°C，經過漫長的38萬年後，又下降到2700°C。這是宇宙從暴脹（Inflation theory）到「冷靜」下來的第一階段。這個階段比較乏味，引力率先被分離出來，其它三種力：電磁力、強力、弱力及組成物質的基本粒子：夸克、質子、中子、電子、光子......也紛紛現身。
38萬年之後，宇宙的溫度繼續下降，這讓帶正電的質子俘獲了帶負電的電子的芳心，於是最早的原子便形成了：主要是氫原子和氦原子，那個時候的宇宙還沒有星體。
（大爆炸後的宇宙，圖片來源見水印）
隨後引力開始發威，它將大量放蕩不羈愛自由的氫原子和氦原子拉攏到一起，數以億計的星雲便出現了，在重力的作用下它們一邊坍縮一邊升溫，最終導致聚合的氫原子爆炸（參考氫彈爆炸原理），釋放的能量衝破引力的阻攔形成了最早一批恆星。這時距離大爆炸已過去了兩億年。
恆星的出現絕對是大事件，因為它能產生新的物質並使生命成為可能。恆星的誕生、演化直至最終又坍縮回一個黑洞，都跟引力脫不了干係，恆星的一生真可謂「成也引力、敗也引力」。但在這向死而生的壯烈旅途中，各式各樣的新元素卻佔盡了天時地利的大便宜，例如：組成生命的最基本元素碳、骨骼裡的鈣和血液裡的鐵都拜恆星的坍縮所賜。一系列的坍縮產生一系列的新元素：從鋰到鐵，如法炮製。
那鐵之後呢？在元素周期表中排名26位的鐵元素有26個質子，而產生含有更多質子的元素需要更高的溫度，這就不是普通恆星能搞定的了。它必須自爆為一顆「超新星」，釋放出與太陽一生釋放的能量總和相媲美的能量，才能創造出更重的元素。鈷到鈾（含92個質子）都是這麼來的。
所以，構成我們世界的化學元素是伴著恆星死亡的劇痛形成的，它們來自已死的恆星並被散布到宇宙空間。沒有恆星的坍縮和超新星的爆發，就沒有新元素的誕生；沒有元素以各種複雜的方式形成化合物，行星就不會形成，你我就不會存在。
一切聽上去是那麼的不可思議，就像一則難以置信的創世神話：構成我們身體的每一種元素都來自地球之外的茫茫太空。從這個角度上講：每個人都是從恆星中誕生的，「來自星星的你」並不是什麼異想天開，而是事實。