詩意的原子(精裝珍藏版)（簡體書）

前言　原子的你

很多人不知道，我們犁的土都是星塵，隨風四處飄散；而在一杯雨水中，我們飲下了宇宙。——伊哈布·哈桑（Ihab Hassan，美國文學評論家）

我這輩子用很長時間悟得了一個道理，那就是我們所有的科學在被用於衡量現實時，都是原始而天真的——然而迄今為止，這是我們最值得珍惜的財富。——阿爾伯特·愛因斯坦

比起你的生命傳奇，還有什麼更有意思的故事？告訴你個好消息，本書所講的就是這樣的故事。

盡管本書經常提及原子，但它們其實只是配角，而你才是真正的主角，它們隨你而動，它們隨你一同經歷成功的狂喜，一同承受失敗的悲痛，也一同走過平淡的日常。至於我的角色，那就是試著展現，這些組成你的原子是如何將你和宇宙中一些最神奇的事情聯系起來的。

原子會和你一起做些什麼？可以說是任何事。無論是你還是你或愛或恨的每一個人，也無論你們何時做過的何種事情，它們都是現場的目擊者，更是密切的參與者。你曾經聞到的每一絲氣味，看到的每一片景色，欣賞的每一曲旋律，以及唇間發出的每一聲哭喊與嘆息，皆因那些遊走於空氣與你身體最深暗角落的原子而產生。當你吃下食物時，其他生物的肉體會變成你身體的一部分；當你受傷時，在一串曾經引爆宇宙中最華麗爆炸的古老原子中，流淌的是垂死恒星的碎片；當你排泄時，你將閃電與火山的原子回聲散播到了全球循環之中，或許有一天它們還會重回你的身體，雖然這聽起來讓人不悅；而不管何時微笑，你牙齒的光澤中都暗藏著“冷戰”時期太平洋兩岸核試後放射塵的餘輝。

你不僅由原子構成，你其實就是原子，而本書實際上就是給你自己的一份“原子探險指南”。為了便於用基本的元素術語詮釋你的生命，你所需要的不過是了解一些最新的科學信息，以及據此重新認知世界的一些新方法，還有一點活躍的想象力。你會發現，當你這樣做了以後，你將體驗到一場自我意識的革新，你的思想將在一個更廣闊的尺度上馳騁。

在新石器時代，我們學會用巖石與礦物質制造一些粗糙的工具，如今這種文化距離我們已經非常久遠，而我們正在步入一個或許可被稱為“新新石器”的時代，精密加工的硅芯片、拋光的玻璃，還有高性能顯微鏡與望遠鏡所用的合金，這些全新的工具提升了我們的生活，也豐富了我們的感知。借助於這些工具，我們在巨人的肩膀上繼續攀登，不斷發現更多知識。我們可以摒棄古希臘的“氣、水、土、火”四元素概念，取而代之的是更有用的世界觀，我們將一百多種原子排入元素周期表中，從中可以看出，傳統四元素的前三種並非基本元素而是化合物，至於火，更只是一個過程而非不可分割的物質。這樣的觀點也會有助於我們科學嚴謹地解釋我們的肉體、思想、感覺與地球原子之間的隱秘關聯。在這個技術、文化與環境快速變遷的年代，明白我們與地球還有其他人之間的緊密聯系至關重要。今天已不同於往昔，要想讓數十億地球人及其賴以生存的生態圈變得更好，科學素養才是關鍵因素。

當然，還有很多未知的領域等著我們去發現，未來的研究肯定會推翻很多我們現在確信的事實，或許也包括本書中的一些信息。沒有人可以知道一切，就算是最偉大的天才也會犯錯。艾薩克·牛頓尚不知道物質與能量可以相互轉化，阿爾伯特·愛因斯坦反對量子力學理論，而物理學家歐內斯特·盧瑟福認為在他研究領域以外的科學都只是在“集郵”，也不相信發展核武器或核電站是可行的。即便是“原子”這個詞的定義，也在差不多一個世紀前發生了變化。兩千年以前，希臘的哲學科學家推斷，物質應該是由某種不可分割的微小粒子構成，並將其稱為“a-toms”，意指不可分割的物質。然而嚴格來說，我們如今稱之為“atoms”的原子卻名不副實，因為核物理學家可以將它們分割成更小的部分。比如位於瑞士的歐洲大型強子對撞機，甚至可以將亞原子粒子粉碎成更小的介子、膠子或輕子。

然而這也並非像有些人宣稱的那樣，認為一切科學事實的存在都過於短暫，不值得賴其指引真理。誠然，知識的邊界是動態的，但科學先驅們已經鋪好了很多值得信賴的道路，可以供你行走。比如說，你完全可以確信，原子是真實存在的，它們具有獨特的性質，並且它們之間的相互作用方式完全可以被預測；水確實是由氫和氧構成，並且占了你身體的大部分；當然還有，你額頭上汗珠中的元素，同樣也可以在華麗的彗尾與你腳下的地球脊梁中尋得，在地球上其他生物的體內也一樣能夠找到。本書正是邀請你遊覽這樣一些值得信任的路徑，帶你用一種全新的非凡視角看看自己與這個世界，旅程之中將會充滿驚奇，但這些都是確然可信的，並且可能會引起變革。

不妨先聽我介紹一下你的一顆氧原子。它當然小到看不見，就像一個泡泡，大部分物質漂浮在泡泡中心，從外面看起來就像是一顆沒什麼特點的乒乓球。但僅僅是中心顆粒或是外層結構中粒子數目的區別，就讓不同元素的性質具有顯著差異，就好比它們構建的生物體彼此之間也存在著明顯的差異一樣。

如果你是個身材中等的成年人，那麼你的體內攜帶了將近兩千億億億顆這樣的氧原子，比任何一片森林中的樹葉總數都要多。現在，不妨想象一下從你的大拇指中取出其中一顆，拉近焦距仔細觀瞧。

與其他所有原子一樣，這顆原子也幾乎都是空的。如果將中心由8個帶正電的質子與8個電中性的中子構成的原子核放大到樹莓（其實看起來兩者外觀有點相仿）那麼大，那麼繞著它旋轉的帶負電荷的電子，距離這顆樹莓大約有200碼（183米）那麼遠，接近美式足球場長度的兩倍，而電子包圍的球體中，有數百萬立方碼的空間裡都空無一物，這體積比新澤西州東盧瑟福的大都會人壽球場還要大上好幾倍。這就是科學家為什麼會認為你身體中的物質幾乎都是虛無的，就像星系間太空深處的真空一樣。

不管你感覺自己有多重，原子的空虛都意味著你更像是由原子級聚苯乙烯構成的多孔泡沫，而不是像看起來那樣質地堅實。不過你應該慶幸你的“泡沫”身體，否則的話，你腳下的地球可撐不住你的體重。居於原子中央的那顆微小原子核（希臘人稱之為“核心”或“種子”），密度卻大得驚人，如果你的體內擠滿了“放了氣”的而不是膨脹成幾近空心的原子，那麼只是你的一根腳指頭就有接近10億噸重。

你挑出的氧原子外層有8個電子圍繞著原子核旋轉。它們可不同於微型的行星被鎖定在固定的平面軌道上，而是更為怪異也更為自由地轉著圈，同時表現出波與粒子的雙重性質，而且它們旋轉的速度太快，以至於模糊成一團像云一般的巢狀外殼。如果你對這些電子施加能量，它們便會躍遷到更遠的軌道上，原子的表面也會隨之膨脹；而物理學家還會借助X射線激光將內層電子轟擊出來，形成“中空”的原子。

不過從我們的視角來看更為重要的一點是，一個原子的某些電子也可以被其他原子共享形成共價鍵，從而有助於維持你身體的完整。當兩枚氧原子靠得足夠近的時候，它們的外殼便會交融，其中一些電子開始同時繞著兩個原子核旋轉。這種共享電子的方式可以產生千萬種化合物，包括你的肌肉纖維和細胞膜，也包括你的激素和發絲。

當兩個或更多的原子通過這種方式銜接在一起時，分子便形成了。分子（molecule）這個術語源於拉丁語moles，這裡的moles可不是指鼴鼠那種毛茸茸的小動物（moles在英語中有“鼴鼠”的意思。——譯注），而是指“一堆物質”，一個分子簡單來說就是一小堆物質。此刻在你腦海中想象的已不再是孤零零的氧原子，而是分子戰隊中的一部分了。在你的身體中，它常常與另一枚氧原子如影隨形，構成氧氣分子遊走於你的血管，或是與兩枚更小的氫原子形成水分子。

本書的第一章將帶你更好地領略這些分子及其原子部件，並揭示它們“如何讓你成為你”的一些方式。很多元素都可以在你體內或身邊尋找到，但這裡只會挑出其中最豐富也是生物學上最重要的十來種詳細介紹。這幾種元素也將揭開這些原子的面紗，展現它們在你的生命裡，還有在將你與世界萬物關聯起來的過程中所扮演的幕後角色。

當你繼續讀下去的時候，你將跟隨你的原子共同經歷一場旅程：穿過風雨，穿過波濤，穿過火海、森林，還有你的指尖。氫原子可以在你的發梢蕩漾，並暴露你曾經居住的故土以及你曾喝過的飲品；你眼淚中的鈉，會將你和一片早已幹涸的海洋串聯起來——而且更詭異的是，還會跟翩翩起舞的飛蛾聯系起來；你呼出的碳，會成為玉米秸稈的一部分，進而又進入一頭矯健公牛的肌肉中，再後來還可能成為狐貍胡須的一部分；你還會發現，你肌肉中的很多氮原子，是幫助天空變藍的功臣，而你骨骼中的磷，曾讓遠古海洋的波浪變綠過；你牙齒中的鈣可能是蘑菇從巖石上開采下來的，而你血液中的鐵既會殺死細菌也會殺死一顆恒星。你還會發現，你最終會面臨的死亡，其實每時每刻死亡都在你的原子間進行著，然而，和其他所有人一樣，你也將在宇宙結構的某個角落永存。

用原子觀點看待生命頗有點將劇本捧在手心看歌劇的意味。舉個例子，如果你不了解意大利人，那麼你在觀看《唐璜》的時候，也許只會被音樂打動， 卻對劇情無動於衷。而當你手中有劇本的時候，就可以更好地展現因為信息不足而被眼耳遺漏的故事細節。同樣，當你能更好地借助原子觀點理解這個世界時，你的閱歷也會變得更加豐富。

我們究竟是誰？對這個問題不斷的解讀算得上是科學給我們的最好禮物之一。盡管我們很容易想象，手機、超市以及城市生活正在將我們跟自然割裂開來，但總有一些事情落後於上個世紀以來的知識與技術大爆發，於是我們的意識仍然聯系著自然。我們永遠不會真的失去和原子世界的聯絡，因為不管是否知情，我們都是原子世界的一部分。所以，現階段我們面臨的任務與其說是從肉體上重新構建聯系，還不如說是讓我們的世界觀和迷人的現實之間達成和諧，而這樣的現實正是太空望遠鏡、原子探針顯微鏡或者是其他復雜的發明最近才向我們展現的。

當我們陶醉於自己是恒星的直系後代這樣一個奇跡之時，也許會感到非常震撼，就像喬尼·米歇爾（Joni Mitchell）歌中所唱的那樣：“我們是星塵”（we are stardust），是幾十億歲高齡的碳原子。伍德斯托克音樂節（Woodstock）上傳唱的這些歌詞道出了科學發現的精髓，當然也有些較真的人會強調，我們有些碳原子的歷史其實比這更久遠，而有些卻只是產生於幾個星期或幾個月前（後文將會詳細介紹）。這裡主要想說，這樣的觀察視角不僅頗具美學與哲理意味，對於我們最新書寫的這段歷史來說，其價值也因為一些現實原因變得越來越大，很多科學家甚至將當今這個時代稱之為“人類世”——屬於人類的地質紀年。我們的人口數量驚人，技術強大，生活方式與文化交流也在不斷全球化，因此我們如今已是地質學尺度的一股自然力量了。僅僅是我們排放的碳就足以阻止下一場冰川紀，將海平面抬高並淹沒海岸，也足以造成所有物種滅亡。今天我們思想與心靈引發的所有行為，都會在周遭環境中產生回音，並將深刻地影響未來。

從這個方面講，理解我們與地球間的原子聯系就不再是一個可以選擇的問題而是一種必然。科學是我們看到真理的那一扇最明亮的窗口。生物學家兼作家E.O.威爾森（E.O.Wilson）最近這樣寫道：“也許是時候停止稱其為‘環保主義者’的觀點了，搞得好像這是脫離人類活動主流的遊說活動一般，而應當稱之為現實世界的觀點。”不同於我們的祖輩那樣只能單純依賴自己有限的知覺，我們如今可以借助曾經隱藏在事物背後的原子性質，利用這些新的信息更好地闡述我們的知覺所反映的事實，同時也可以期待營造更合理也更可持續的生活方式。

包括卡爾·薩根(Carl Sagan)、尼爾·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)、布萊恩·考克斯(Brian Cox)、布萊恩·格林(Brian Greene)和加來道雄(Michio Kaku)在內的天才科普工作者已經做了很多工作，向我們介紹了亞原子王國和宏大的宇宙，但是在這兩個天壤之別的尺度之間，還是需要用原子的觀點來解釋。生動的圖片與文獻可以幫助我們想象微小的夸克與廣袤的宇宙，但也可以說很難將它們都帶到地球上來。相比於那些利用質譜儀或太空望遠鏡觀測的奇觀來說，可以被直接觀察的物種和細胞都顯得頗為簡單，但相比物理學家對質子或脈衝星的預測精度而言，絕大多數生物行為還是更復雜，也更難以被預測——要不然請試著預測一只蝴蝶飛過草地時的路線，或是精確計算某顆正在發芽的種子第一次開花的時間，又或是提前羅列一下你的腦袋明天會迸發的奇思妙想……相比之下，模擬電子或行星的運動，簡直就跟小孩過家家那麼簡單。

本書接下來的篇章將帶你遊覽這座由日常經驗構建的趣味樂園，沒有艱深的公式，有的只是直覺和感受，還有原子與你自己以及這個世界聯系的現實案例。不過既然我們看不到原子，又將如何讓它看起來像我們時常假想的那樣更為真實呢？

其實簡單得很。當你照鏡子的時候，你就可以看到在你的面龐中，數不清的原子在向你“眨眼”。為了享受在沙灘上的美好時光，你並不需要去分析每一粒沙子，同樣，如果你知道原子總是大量地擠在一起，那麼為了感知它們的存在你也不需要對其挨個兒辨別。相反，你可以讓值得信賴的專家為你揭開更多的粒子細節，然後利用這些信息豐富你的生活。

不過令人稱奇的是，即便是單個原子，如今對我們來說也比過去更易被感知，如果你想親眼目睹其中一顆的尊容，那麼一些最新的科學發現可以幫你實現願望。德累斯頓理工大學的特裡本堡（Triebenburg）實驗室建立了一個網站：Electron Microscopy - A Journey into Nano-Cosmos（電子顯微”——納米世界之旅），他們最近公布了一系列對金粒子的顯微照片。該系列最後一個鏡頭定格的照片是一個被放大超過100萬倍的照片，顯示出金原子就像大理石那樣一層層整齊而有序地排列著。

單個原子不僅正在變得可以被看到，而且還能被我們“聽”到。瑞典皇家理工學院開展了一項名為“放射性樂隊”的在線項目，可以讓你借助代表原子放射性衰變頻率的特殊聲音編寫旋律。他們的服務器上存有多種不同音符，分別代表幾十種不穩定元素釋放的能量，從碳14到鉀40不一而足。網站主頁對此解釋道：“我們的目的是為了啟發靈感。我們希望能夠提升更多對自然之美的認知，哪怕是最微小的尺度，從而激發人們對於基礎科學的興趣。對我們來說，音樂方面的創造力同樣重要……科學與藝術很大程度上都是相通的。我們希望放射性樂隊可以強化二者之間的聯系。”

撰寫本書對我個人而言也是一次探索。即便對於我這樣一名研究物種、氣候與生命元素內在作用的科學家來說，當我在辦公室工作一整天後趴倒在沙發上，或是在樹林裡散步時，想要把不可見的世界與紛繁的現實聯系在一起都不是件簡單的事。老實說，將自己想象成一團沒有生命的原子，其實是件異常困難的事。我還沒有聽很多科學家說起過，他們可以從內心實實在在感知自己是由原子構成的，盡管他們的智力水平足以深入討論這些問題。不過我敢肯定，哪怕你只是飛速瀏覽了一下這個令人訝異的事實，你都會被永遠地改變，而且是變得更好。

雖說我自己對原子的興趣可以追溯到童年時期，但之於原子，我更深刻的觀念轉變還是在20世紀70年代的時候。那時我還在讀大學，專業是生物與地質學，因為科學課程的需要，當時我正用一種近乎於潔癖的嚴謹態度，努力地讓自己的情感與自然世界保持一致。我那時並未意識到，要想讓自己與絢爛的生命共舞，這種嚴謹必不可少，就像演員或樂師每日的單調訓練一樣。

1964年，我不記得是誰給了我一張皺巴巴的紙片，上面寫了一段從《伽馬射線效應》（The Effect of Gamma Rays on Man-in-the-Moon Marigolds）節選的片段——這部作品由劇作家兼科學教師保羅·金代爾（Paul Zindel）於1964年創作，並獲得了普利策戲劇獎。不過我永遠不會忘記這個片段對我的影響，其內容是一位高中生把她老師剛剛講的課程復述給她的妹妹——我敢肯定地說，這些話改變了我的人生，直到今天我再讀它們的時候，也還是會不禁哽咽。

他讓我看著我的手，因為其中一部分來自一顆恒星，在想象力都難以企及的遠古年代，它爆炸了……

當生命出現時，也許我的這部分曾經被蕨類植物拋棄，從此被掩埋，直至變成煤炭。

數百萬年之後，它變成了一顆鉆石——它一定和曾經所屬的那顆星球一樣美麗……

他說，這些物質非常小——小得不能被看見——但是當這個世界出現時，它們就已經存在。

接著他告訴我，我的這一小部分是原子。而當他寫下這個單詞之時，我立刻愛上了它。

原子。

Atom。

多麼美的詞啊！

前言 原子的你

第1章 生命之火——氧

關鍵的發現

氧的人體之旅

地球的“呼吸”

人與植物間的氧交換

你的氧誕生於遠古的恒星爆炸

氧在空間和時間裡的循環

第2章 原子之舞——氫

絢麗的舞姿——布朗運動的發現

因熱而舞

人與環境之間的氫交換

水分子的人體之旅

原子傳承的三個案例

氫——生命的始祖

第3章 創造與毀滅 ——鐵

鐵的非凡特性

來自恒星的遺產

藍皮膚的人

鐵與血之間的秘密

關於鐵的反思

第4章 生命之鏈——碳

沒有人是一座孤島

自然界的流通貨幣

CO2的穹頂之下

令人震撼的二氧化碳濃度地圖

化石燃料是我們深埋在地下的親戚

用碳13追蹤你與世界之間的聯系

第5章 地球之淚——鈉

鈉為何對動物有神奇的吸引力

鈉與氯，幾億年的愛戀

如果你體內的鈉消失了……

神經靠鈉離子波傳遞信號

第6章 生存，毀滅，和來自空氣的面包——氮

天空為什麼是藍的

空氣中的氮如何轉化為我們的肉體

能做面包也能做炸彈

科學天才與戰爭魔鬼

鮭魚洄遊和氮的食物鏈輪回之旅

遠古人類的食譜

第7章 骨與石——鈣、磷

鈣與磷的傳奇

你的骨頭是活的

你的骨頭來自巖石

隱藏在地下的原子交易市場

生命也能創造出礦物

第8章 增長的極限——磷

藍藻生長的木桶效應

從撒哈拉到亞馬遜的原子遷徙

和身體中的磷來一次面對面的交流

最可能對全球人口形成限制的資源

磷元素會枯竭嗎

第9章 消逝的肉體

原子的流逝和更新會伴隨你的一生

你的一部分原子來自宇宙射線

當你死去時，你的原子會如何

你的死亡並不是原子的終結

任何物質都不會永恒，但你卻一直都在

後記 愛因斯坦和他的阿迪朗達克山脈

注釋

致謝

來自恒星的遺產

宇宙學家列舉了我們每個人體內的元素可能的幾種起源過程，除了氫是在宇宙大爆炸之後不久凝聚而成的，其他所有的元素都跟恒星衰亡有關。例如在Ia型超新星中，一顆恒星從相鄰的伴星那裡吸取物質，在超過極限後發生爆炸。在II型“核心坍縮”超新星中，質量數倍於太陽的恒星因燃料耗盡而自行坍縮，隨後爆炸。還有一種情形，質量非常巨大的恒星會發射物質與反物質顆粒，兩者接觸時會發生湮滅，最終的歸宿則是“不穩定對超新星”。如今，這類景象可以通過哈勃或斯皮策這些空間望遠鏡直接或間接觀測到，也可在地面天文臺觀測到。

體內有鐵的存在表明，你的原子祖先可以追溯到爆炸的恒星，而今天可以看到的超新星與星云，可以讓你知道這些恒星搖籃早期的模樣。蟹狀星云便是其中之一，那激蕩的氣體與塵埃云，與我們太陽系形成前的狀態頗為相似。在望遠鏡下，它看上去好像只是一團毫不出奇的煙霧，但實際上，它是一場橫跨萬億英裡的灰燼風暴，曾經屬於一顆質量相當於8～16個太陽的恒星。盡管核心坍縮爆炸在7000多年前創造了這一切，但如今我們看到的星云仍然在劇烈燃燒，並且以大約每秒1000英裡（1609千米）的速度膨脹。對發光的點、線條與塵霧進行光譜分析後發現，星云中含有的物質主要是氫，還有鐵和其他一些元素。通過從地球上最冷的地點采集到的新數據，我們現在可以提供更多證據，以支持蟹狀星云與銀河最熱的位置之一——公元1054年那顆將光芒傳送6500光年後抵達地球的垂死客星——之間的聯系。

2001年，日本科研團隊在南極冰川鉆取了一根冰芯。在大約48米深度的區間，他們發現氮氧化物的濃度有一次突躍，時間正好對應公元1054年；在更下層的位置，還有一次突躍對應在公元1006年，也就是另一個客星出現的年份。不久後，堪薩斯大學的科學家也發表報告稱，對格陵蘭島的冰芯進行的研究也發現了類似的結果。最可能引起這種全球性同步脈衝的原因，應該就是超新星輻射出的宇宙射線將空氣中的氮氣分子氧化，隨後又沉積到了地球上。

這便是論證“客星就是超新星”的確鑿證據，現在它們的編號已是SN1006和SN1054。如今你仍然可以在蟹狀星云看到SN1054的煙云。

很多證據都表明，太陽與地球的發祥地位於蟹狀星云的左側，在獵戶座腰帶上懸掛的那把劍上。那把劍中間的“星星”實際上是很多顆恒星，飄浮在一團由恒星射線與超新星爆炸構建的星云中。圍繞這些恒星的煙霧，主要是氫和氦，其中夾雜了一些粉末狀的冰以及含鐵礦石碎片。最新的研究發現這些恒星中最年輕的還不足100萬年，用宇宙的視角看，這不過是眨眼之間，並且有些恒星還在孕育過程中。

恒星通常是在這樣的公共育兒所裡出生，這也是很合理的，因為大多數恒星形成所需要的原材料都已在此處聚集。那麼，哪裡才是我們自己的家園所在地？我們的太陽獨一無二，這似乎很怪異。半人馬座的比鄰星是距離我們最近的鄰居之一，位於4光年外。如果乘著每小時行進約4萬英裡的“旅行者一號”空間探測器去造訪它，大約需要8萬年。一些學者認為，在誕生後不久，也許因為很久以前某個巨大恒星經過時造成的引力回流，年輕的太陽便從發源地被甩了出來。

在獵戶座星云內部那些發光的氣體與塵埃中，也存在著一些破碎的條紋。它們是災難性爆炸中產生的超音速拋射物劃過的軌跡，這些拋射物就像是裝了發光火帽的子彈，但體積卻有太陽系的數倍大小。對於宇宙學家而言，這種元素的存在就好比是在兇殺現場的火藥痕跡，因為鐵就是毀滅恒星的兇手。

產生這些條紋的星體肯定要比太陽大得多，但它的壽命相對較短，大約也就是幾千萬年，因為超巨星消耗很快。它和SN1054以及產生太陽系的母體一樣，應該都是死於“鐵中毒”。這些結論都可以根據我們目前已知的星體核聚變方式推斷出來。

當恒星剛剛產生之時，它將氫核聚合成氦核，按照愛因斯坦所描述的方式，釋放出巨大能量。我們的太陽也在持續不斷發生著核聚變，每一秒鐘都會將數百萬噸的物質轉化為熱量、可見光以及其他形式的能量。下一次當你暼見太陽時，試著把它想象成一顆星星，不必管它是一顆大到足夠裝得下100萬個地球的中等尺寸恒星。太陽表面的溫度大約有5500攝氏度，而內核的溫度則將近1400萬攝氏度。所以，即便太陽距離我們很遠，遠到光都要跑上8分鐘才能抵達地球，但它仍然可以灼傷我們的眼睛和裸露的皮膚。想象一下這些能量的源頭是何等殘酷的地獄，原子在那裡又遭受了何等的虐待。火焰般的氫核主導著核聚變，這可以追溯到宇宙形成之初，但它們在太陽核心咝咝作響的這段時間可能是它們存在史上最有壓力的時期。這臺大熔爐產生的光和熱，從某種意義上講，就是原子受盡折磨時發出的呼喊，只不過其形式是電磁波。

宇宙學家對我們太陽系形成前的細節尚有爭議，我們也不可能知道所有答案。但是地球上富含鐵元素的事實，可以在那些合理的爭議中肯定其中一部分細節。至少曾經有一顆核心坍縮超新星，用它自己毀滅時留下的殘骸，為我們太陽系的誕生播下了火種。

這顆遠古超新星的起源是一顆恒星，在它制造新元素以前的數百萬年裡，一直進行著氫氦聚變。質子與中子聚集成更大的核，於是在恒星的中心位置，逐漸形成了較重的核，而較輕的元素像洋蔥一樣，一層層地包裹在外。

在這一進程的早期，當星體核心的溫度飆升至數百萬攝氏度時，碳核開始形成，並持續數個世紀。在這顆恒星最終死亡之後，這些原子大多數聚集成微型的鉆石與小顆粒的石墨，再後來就成了鉆石與鉛筆的原料，以及你頭發、肌肉和細胞膜中的碳框架。

在星核的外圍，氦與碳發生聚變，並產生大量氧核，現在它們以水的形式存在於你的體內，或是以氧氣的形式被你吸到肺裡。在涉及碳和氧的核聚變循環中也形成了氮，它們中的一部分現在是谷物的肥料，還有一些則以其特有的方式進入你的基因和蛋白質裡。當星核的溫度達到10億攝氏度時，過熱的氧核就會結合到一起產生硅，如今在你腳下的巖石地殼，便主要由它們構成。

幾周後，硅核在接近星體中心的位置聚集，你身體中含有的其他大部分元素都會在俄羅斯套娃一般的分層中產生。你骨骼中的鈣和磷、你汗水中的鈉和氯、你神經中的鉀，大部分都出自這樣一個熔爐。同時，等離子體與凝聚態原子形成巨大旋渦，從火球的表面逃離，向數百萬英裡外的太空散射氣體與塵埃。

當發展到多層聚合這一步時，形成新元素時產生的聚變熱量，仍然足以支持恒星持續燃燒，恒星不會因自重而坍縮。然而隨著原子核越來越大，能量的平衡便會因重力而被打破。

帶正電的質子會互相排斥，除非有一股力量讓它們強烈碰撞並結合在一起。這種核力比重力要強上萬億倍，但只能在極短的距離內起作用，而且在原子核變大了的時候，質子相互之間的斥力會對核力產生明顯抵消作用。因為這些對立的因素，過大的鐵核發生聚變時就難以產生足夠的熱量以支撐起星體。

要理解原子核內這兩種力量間的競爭，可以想象一下將一塊巨石推到陡峭的山頂之上，就像希臘神話中的西西弗斯那樣。你需要用盡全部力量把石頭推到坡頂，可等你到了那裡時，重力就會從你手中將石頭奪走，遠遠地將它滾到另一端。這個突然向前的動作還有你肌肉的張力釋放，很像是星體中心核聚變能量的爆發。但是，如果你準備最後一推時，腳底突然打滑會怎樣呢？你就得原地守住你的位置，而對石頭而言，它並不會區別哪面山坡的下面是終點。更糟糕的是，如果地面太滑，石頭會壓過你向下滾去。當孕育太陽系的那顆恒星開始熔鑄鎳核時，其內部便會出現類似的不穩定態，鐵核會迅速產生，越過了這一臨界點後，隨之而來的後果便是災難性的。