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第56章 异教徒的秘密56（第1页）

在医生的眼里，人是由大脑、四肢以及一系列内脏器官组成的；生物学家可能告诉你，人体是由各种各样的细胞构成的。不过，本书作者从更微观的物理视角给了我们一个全新的答案：人是一团表现为布朗运动的原子。

什么是布朗运动呢？简单来说，就是微小颗粒的随机运动。而这种随机运动的动力来源其实就是原子，物理学家发现在微观层面，原子并不是一动不动的，它们非常躁动不安，相互之间不停冲撞，永不停歇。

人体由各种各样的原子组成。在我们的身体里，原子不停冲撞造成的布朗运动也是无处不在。正是这种运动为人体提供了生命的能源基础，也为我们的神经系统传递了信号，使我们可以听、可以看、可以触摸以及思考。

那么这些随机运动是怎么为人体提供能源的呢？你可以把人体想象成一台机器，它不断加工从外界获得的物质原料以及养分，并运送给身体的各个部分，比如人每天吃饭的时候食物都会从口腔运送到消化系统，而我们呼吸的空气也持续被送到肺部提取氧分子。

这一系列的物质运输是如何完成的呢？其实主要依靠“一大一小”两种方式。第一种方式是大型运输，类似于火车，它是将大块的物质用可控的形式运送到身体内明确的目的地。比如你午餐吃了一块牛肉，需要把牛肉运到胃里，这时你的身体就会调动骨骼和胃部的肌肉来帮忙，不过这种大规模的分子运输会消耗大量的能量，我们必须付给来帮忙的肌肉细胞相应的报酬。

如果你想要要低成本、低代价的进行物质传递，就要采用第二种方法，也就是我们前面提到的布朗运动，依靠原子和分子的不停振动来运送身体内的物资。人体内三分之二都是由氢原子和氧原子组成的水。在我们的身体里，水分子不停地振动，不仅推动了周围各种各样的营养物资，还协助基因与蛋白质保持适当的形状，我们吃进去的食物、吸进去空气，等等，都依靠这种方式进入或离开细胞。你可能会问，布朗运动不是随机的吗？水分子怎么知道该把营养物资送到哪里呢？事实上，它们确实不知道，它们采用的是类似穷举法的方式，每个方向都试试。这种运送方式非常迅速，所以只要距离很短哪怕方向错了一百万次，也会很快试出正确的运送点。作者举了一个很有趣的例子，说当你吃进一颗糖，身体会把糖分子送到消化酶周围，接着靠水分子的不停振动，糖分子就能被运送到细胞当中。

原子层面的这种运动维系了你的生存，不过你之所以是你，还因为你可以思考，可以感知一切。巧合的是，人体神经信号的传递也是依靠了这种冲撞运动。简单来说，假如你想动一动脚趾头，你的大脑会下达命令，然后神经系统会引发一连串钠离子的扩散运动，当信号传到脚趾，相应的肌肉会拉动你的脚趾，最后感觉神经元会反向发射钠离子波给大脑，让你知道任务完成了。这整个过程都依靠了钠离子永不停歇的冲撞运动。

现在我们知道了，在原子的层面，各种原子不仅仅是人体的组成部分，更用它们永不停歇的运动提供了生命的能源基础，传递神经信号。

接下来，我就带你从组成你身体的氢原子和铁元素的角度来看看，你和宇宙的关系。

简单来说，在原子层面上，氢原子才是万物的起点，大到星球，小到细菌，万物的起源都可以追溯到氢原子上去。大爆炸理论告诉我们，宇宙诞生的时候就充满了最古老、也最简单的氢原子，而其他所有的原子都是由氢原子通过核反应产生的。这种核反应取决于温度与密度，漂浮的氢原子在万有引力的作用下渐渐凝聚在一起就会收缩成球体，同时密度、温度不断升高，然后古老的第一代恒星就被点燃了。接着，恒星中的氢原子会聚合成氦原子，并在聚合的过程中释放出巨大的能量。于是，占据宇宙物质中99.9%的氢原子、氦原子就出现了。

那其他原子是怎么生成的呢？很简单，只需要重复这个核聚变的过程就可以。第一代恒星内部的温度、密度不断变化，于是碳原子、氧原子、氮原子等就诞生了。现在，氧原子和氢原子以水的形式存在于你的体内，而氮原子形成后，一部分以特有的方式来到你的基因和蛋白质中，另一部分则成了各种庄稼的肥料。总之，你骨骼中的钙原子、磷原子，汗水中钠原子，神经中的钾原子等等都诞生于古老的第一代恒星中。从这个意义上，作者说，古老的第一代恒星是我们的亲生母亲。

知道了原子是如何诞生的，接着我们说说它们如何来到地球，成为你身体的一部分。原子从古老的第一代恒星来到地球的过程中，有一种元素是绝对的主角，那就是铁元素。铁元素在我们体内有着非常重要的作用，它让细胞能更好的发挥运输、产生能量以及提高免疫的作用。

不过铁元素之所以能成为你和宇宙之间联系的主角，是因为它还有另一个名字，叫作“恒星杀手”。正是铁元素的诞生杀死了古老的第一代恒星，让地球这样的行星逐渐出现。作者告诉我们，恒星发光发热主要是靠内部核聚变释放能量，而聚变反应必须先吸收一部分能量才能进行，所以恒星要想持续反应活下去，自身产生的能量必须大于释放的能量。在铁元素出现之前，恒星整体上能保持“收入大于支出”的能量状态，但这种聚变反应一旦生成了铁元素就会变得很特殊，它吸收的能量大于释放，这就导致了恒星整体的能量入不敷出了。所以当第一代恒星内出现铁原子核时，恒星从核聚变中获得的能量开始迅速减少。到最后，恒星会以一次剧烈的爆炸结束自己的“生命”，这也就是我们常听到的“超新星爆发”现象。

那这跟地球上的我们有什么关系呢？因为这些铁元素间接导致了地球的诞生，也给人类的诞生提供了物质基础。古老的第一代恒星爆炸时，把它生成的原子碎片洒向了周围。这时，一部分物质会变成旋转的星团，当密度和温度足够时，新的恒星就点燃了。这也就是太阳的来历。而一些碎石和铁原子等物质会在引力作用下凝聚成固态行星的星核。而氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等较轻的气体也在引力作用下包裹在星核外面，形成最原始的大气层。亿万年后，星核表面逐渐冷却变硬形成地壳，大气中的水蒸气冷却后降落，形成最原始的海洋。你看，可以孕育生命的地球就是这样诞生的。

好了，现在我们知道氢原子在宇宙诞生的时候就存在了，随后古老的第一代恒星诞生，构成我们身体的大部分原子都在第一代恒星内形成。而铁元素的诞生杀死了第一代恒星，使得各种原子可以来到地球，给人类的诞生提供基础。

碳原子个性很独特，用作者的话说，碳原子就像乐高积木，可塑性很强，可以搭建各种各样的积木形状，更重要的是，碳原子还可以和其他元素连接到一起，组成丰富的结构。所以，我们身体里的每一根骨头、每一段基因、每一个细胞，其实都是由碳原子搭建的框架。

那么如此重要的碳原子是如何进入你身体的呢？答案是依靠地球上的植物、海藻等。它们从空气中吸取二氧化碳，然后将原子编织成糖类分子，用来搭建细胞和储存能量。接着，通过食物链，碳原子会以碳化合物的形式被我们吃进身体里，不过它们并不会停留很久，细胞代谢工厂很快会把碳原子变成二氧化碳，伴随着我们的每一次呼吸，碳原子又回到了空气中。在这个过程中，碳原子串联了整个循环过程，把你和大气、海洋、动植物世界甚至整个自然环境都组成了一个整体。在这个过程中，植物就是我们和地球碳原子交易的中间商。

说起中间商，就不得不提我们和地球之间的第二个交易：氮原子的交易。二十世纪以来，人口和社会的快速发展，全靠在我们和地球的氮原子交易中，去除了中间商“细菌”赚差价。这是什么意思呢？我们从氮元素对人体的重要性说起。

氮元素是形成蛋白质的重要物质，而蛋白质是组成人体一切细胞、组织的重要成分。如果没有氮元素，你可能就会化成一堆脂肪和体液。同时，氮元素也是重要的农作物肥料。可以说，它不仅是身体的重要组成元素，还关系到我们是否可以吃饱饭。

地球中的氮原子非常丰富，空气中78%的成分都是氮气，不过我们和地球交易氮原子的效率却非常低。这是因为，氮元素的化学性质不是很活跃，它们很喜欢和自己的同类待在一起，因此要想把氮气变成我们身体可以使用的生物性氮非常困难。在二十世纪以前，几乎只有细菌可以把氮气转化为生物可以使用的氮化合物，作为地球上最厉害的氮原子交易中间商，固氮细菌完全垄断了这个市场。直到二十世纪初，德国著名科学家弗里茨·哈勃发明了可以直接从空气中获取氮原子的方法，才终于打破了细菌对氮原子交易的垄断。哈勃的这项技术帮助我们把空气里的氮转化成肥料，使得农业飞速发展。如果没有这项技术，全球人口中的一半都无法生存，因为细菌生产的氮原子远远不够构建和维持如此庞大的人口数量。

现在限制人类发展的氮原子的问题已经解决了，那么还有没有其他哪种原子会限制人类的发展？这就要说到我们和地球之间的第三种交易，关于磷原子的交易。

我们身体里的几乎每一片细胞膜和每一个提供能量的细胞都需要磷原子。而我们从地球自然环境中获取磷原子的方法主要有两种，一种是依靠地下的“真菌矿工”给挖磷原子，另一种是直接开采磷矿石。这两种方法都不难，那么为什么作者还会认为磷原子可能成为限制人类发展的短板呢？原因很简单，从地球获取的大量磷原子都被我们浪费了。

我们开采的磷原子中，有接近90%都没能进入我们的身体，比如我们施在农田里的磷化肥，大部分都没有被农作物吸收，而是顺着雨水流到河里或海底。我们辛苦地从土壤中挖出本来就不多的磷原子，却又在循环过程中被漏到了海里，而这些到达海底的磷原子很难被找回来。作者认为，如果我们长期以这样的方式与自然环境交换磷原子，将来一定会面临磷原子的短缺。因此，对我们来说，比从自然环境中获取磷原子更重要的是，如何更好的回收它们，让它们更好的回到我们与地球的循环交易中。

说到这里，我们不仅知道了碳、氮、磷三种重要元素在我们身体中的作用，更通过它们明白了人和自然环境的交易无时无刻不在进行，我们从自然环境中获取原子，用来构建我们的身体，又将一部分原子还给地球。更重要的是，从原子的层面看，人类想要更好的发展，虽然可以通过加强或改良与自然环境间的原子交易方式，不过我们必须保证原子层面良好的循环，否则，我们最终会尝到环境破坏和原子短缺的痛苦。

最容易观察到的是水分子。每天你都会喝下大量的水，这些水分子进入你的身体不仅给你解渴，也成了你身体的一部分。不过，你的身体就像一个大漏斗，哪怕你只是躺着什么也不做，尿液、汗液甚至是呼吸也会在一天内带走你体内3.3升的水。这是什么概念呢？这意味着你占你身体总量23的水分，也就是氢原子和氧原子会在两周左右就完全更新一遍。

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