原子是元素能保持其化学性质的最小单位，它与我们的身体、世界有何关系？近日，新书《诗意的原子》面世，讲述氧、碳、钠等8种原子与宇宙万物及我们生活的关系。该书作者为美国科学家、科普作家科特·施塔格，他运用最新科学研究成果，生动讲述了“如何让你成为你”的有趣过程。
氧原子诞生于恒星爆炸
“我们身体中的氧原子诞生于远古的恒星爆炸。”施塔格告诉我们，138亿年前，在宇宙大爆炸后不久，尽管很多元素都形成了，但氧原子还没出现。因为氧原子需要在恒星中出现，而当时没有恒星，所以氧原子比氢原子要年轻几十亿岁。
“你身体中的氧原子诞生于远古的恒星爆炸。”这种恒星的爆炸能让氢原子发生聚变，在水分子中，氢原子依附于质量更大的氧原子。当大型恒星衰老、死亡并爆炸时，氧原子就像花粉一样，从爆炸的中心飘散四处。
“你现在呼吸的一部分空气分子，也是达·芬奇曾呼吸过的。”你相信吗？对这个产生于上世纪60年代的有趣推断，施塔格认为不无可能。“多数数据来源报告都显示，你每一次的呼吸中，可能有1到15个原子是达·芬奇曾呼吸过的。”
施塔格以上推断的依据是基于大气的总质量。2005年，科学家估算出大气的总质量是5000万亿吨，这就意味着有大约1044个原子存在于空气中，再考虑到人肺的平均体积、人类的平均呼吸频率，现在的人呼吸着古代名人的空气分子几率极大。
但是，施塔格认为，“1到15个原子”并非氧气，而很有可能是氩气，因为氧气不稳定，无法在空气中存在很久，而氩气尽管在空气中占比不到1%，但密度大，更稳定，能将我们的过去与现在紧紧相连。
我们的身体多是由空气污染物组成
如果说人的身体由空气污染物组成，很多人不愿接受，但施塔格说：“不管信不信，你身体的很大一部分已经是这样了。”
“你体内的碳原子中，每8个就有1个来自烟囱和排气管”，施塔格指出，空气中大约1/4的二氧化碳都与人类活动有着密切关系，而化石能源燃烧所产生的二氧化碳可占到人体碳元素的1/8。伴随着人的每一次呼吸，碳都会进入肺部，人们还可以吃下或喝下它们，它们能成为身体中不可或缺的一部分。
虽然，我们的身体可能由废气等污染物组成，但施塔格认为，完全没有必要为此担忧，当排放物中的碳原子成为人体一部分后，对人的健康或容颜没有任何影响。“人类的身体一直都在由过去其他人或事物使用后又丢弃的碎片回收再利用而成。从这个意义上讲，我们都是‘活着的死者’”。
你呼出的废气会变成树枝？吃掉的鹿肉会变成自己身体的一部分？这些命题看起来不可思议，但施塔格认为事实就是这样，因为碳化合物虽然多样，但都可以被分解，又能重新组合。“我们的细胞将被不可见的原子编织到身体里，然后又将它们释放到一个环环相扣的‘生命经济体’，其中的流通货币就是碳。”
战争或面包，看我们如何选择
原子可以制造*弹炸**和毒药，也可以让人吃饱肚子，施塔格认为原子和其他事物一样，都具有多面性，比如氮原子，既可以制造化肥，让人们填饱肚子，又可以制造*弹炸**、*药火**，让数百万人因此丧生。德国化学家弗里茨·哈伯就是位同时扩大氮的两种作用的人。
20世纪初，德国提炼氮的主要渠道是硝酸钠，它只能从产自智利北部沙漠浅层的硝石里取得。自19世纪初起，这些智利硝石引发开采热潮，20世纪初英国和美国也非常依赖这种石材。随着“一战”阴云逼近，加上去智利采石的漫长船期，促使哈伯研究出一种方便的方式取得氮。
哈伯发明了一种可以生产液态氨的方法：将氮气与氢气在高温、高压下混合，利用铁催化剂促进反应，生产出氨，便将大气本身变成一座巨大的氮元素矿。合成氨是农业生产的好肥料，被当时人称作“在空气中生产面包”。但氨气也很容易地转化为硝酸，用于*药炸**生产，因此，血腥的战争也变得更持久了。
施塔格指出，当人们消化食物中的蛋白质时，氮元素会以尿素排出体外，细菌又会将尿素转化为氨气，再进一步氧化成适用于爆炸物的硝酸盐。因此，美国南北战争时，南方同盟军有时会用人尿生产*药火**，作家皮特曼在文章里描述：“当时从谷仓到夜壶，各种尿素氮源都被利用了。”皮特曼引用一份由政府代表起草的公开通知，其中写道：“恭请塞尔玛市的女士们保留好尿液，以备生产硝石之需，每日将送来大桶一只以便收集。”
书摘
身体“泡沫”
原子就像一个泡泡，大部分物质飘浮在泡泡中心，从外面看起来就像是一颗没有什么特点的乒乓球。但仅仅是中心颗粒或是外层结构中粒子的差别，就让不同元素的性质具有显著差异，就好比它们构建的生物体彼此之间也存在明显的差异一样。
如果你是个身材中等的成年人，那么你的体内携带了近两千亿亿亿颗这样的氧原子，比任何一片森林中的树叶总数都要多。现在，不妨想象一下从你大拇指中取出其中一颗，拉近距离仔细瞧。
与其他所有原子一样，这颗原子也几乎是空的，由原子核和电子组成。如果将中心的原子核放大到树莓那么大，那么，绕着它旋转的电子距离这颗树莓大约有200码（183米）远，接近美式足球场长度的两倍。而电子包围的球体中，有数百万立方码的空间里都空无一物，这体积比新泽西州东卢瑟福的大都会人寿球场还要大上好几倍。这就是科学家为什么会认为你身体中的物质几乎都是虚无的，就像星系间太空深处的真空一样。
不管你感觉自己有多重，原子的空虚都意味着你更像是一块多孔的泡沫，而不像看起来那样质地坚实。不过你应该庆幸你的“泡沫”身体，否则，你脚下的地球可撑不起你的体重。居于原子中央的那粒微小的原子核，密度却大得惊人，如果你体内挤满“放了气”的而不是膨胀成几近空心的原子，那么，你的一根脚趾头就接近10亿吨重。
你挑出的这颗原子外层有8个电子围绕原子核旋转。它们可不同于微型的行星被锁定在固定的平面轨道上，而是更为怪异、更为自由地转着圈。它们旋转真的太快，以至于模糊成一团像云一般的巢状外壳。如果你对这些电子施加能量，它们便会跃到离原子核更远的轨道上，原子的表面也会随之膨胀。而物理学家还会借助X射线激光，将内层电子轰击出来，形成“中空”的原子。
（摘自《诗意的原子》前言 ）
《诗意的原子》
科特·施塔格 著
北京联合出版
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