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1 # 裸猿的故事
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2 # 章彥博
你需要「守恆」的思想。
什麼叫守恆?我給你十塊錢,我雖然失去了十塊錢,你得到了十塊錢。但是我們兩個人合在一起的錢是沒有變化的。而我們這次交易中,沒有和外人聯絡,那麼我們就可以稱為「孤立體系」。我們這個孤立體系中,總的錢數就是「守恆」的。
地球確實不是孤立體系,但外界的影響微乎其微,無非是太陽風、隕石、塵埃,以及部分大氣會逃逸。質量確實可能會變,但與人類的活動是無關的。
一個人出生,需要母親的孕育。而他的母親則要喝水、吃東西。但這些東西的質量還是來自於地球本身。吃的肉來自於動物,動物可能要吃草。草的質量則來自於土壤和大氣,太Sunny只提供能量而不提供質量。有人可能會問質能關係的問題,其實在這種溫和的情況下,是完全不需要考慮的。
守恆的思想是非常重要的,質量守恆,所以人口多少不會影響地球質量;能量守恆,所以永動機無法實現;動量守恆,所以車子碰到東西之後,那個東西也會運動。很多物理的內容並不是關於「動力學」的,而是關於守恆的。而每一種守恆背後都存在一個對稱性。比如剛剛說的「動量守恆」,背後就是空間平移的對稱性。也就是如果我把每一個點的座標都平移一點,性質是不會發生任何改變的。
來自於塵土,復歸於塵土,地球上生物的繁衍,不會影響地球的重量。
但人類的技術有可能會影響到地球質量,比如航天技術,但如果僅僅是繁衍,是不會影響到地球質量的,哪怕一點點影響都沒有。生命主要由四大元素組成,碳氫氧氮,這四大元素在生命世界和非生命世界中不斷的迴圈往復,從質量的角度可以把地球看成近乎於一個封閉系統。當然,每天都有流星墜入地球,也有些高層氣體流逝,但這些都和生命無關。
四大生命元素的迴圈水迴圈(氫氧元素)生命來自於水,地球上所有生機盎然的生命體內,水都佔據著絕對重要的位置,它是體重的主要組成部分,生命的絕大多數化學反應都發生在水中。以人為例,我們身上的水大約有70%,按比例算,男人身上的水比女人多,因為女性的脂肪含量高於男性,所以含水量反而比男性低,看來曹雪芹那句話是有問題的——女兒家是水做的。從物質構成的角度看,分明男兒家才是水做的嘛。
碳、氫、氧三大元素的大迴圈:涉及化學變化
圖示:碳元素在生命世界中充當各種有機分子的骨架,而其非生命形式主要存在於二氧化碳,以及相應的無機鹽,比如碳酸鈣中。而光合作用和呼吸作用,是生命和非生命世界中進行碳元素迴圈的最重要方式。
圖示:光合作用和呼吸作用中涵蓋了碳氫氧三大元素的迴圈,除此之外,氫氧元素主要是以水的形式在迴圈,不涉及化學變化。
氮元素有啥用?氮的迴圈
氮是氨基酸(構成蛋白質的基礎)和核苷酸(構成DNA\RNA的基礎)的必需成分,而生命的關鍵分子正是蛋白質和核酸(DNA\RNA),所以沒有氮元素也就沒有生命可言。
地球上的氮很多,它是空氣的主要成分,近乎八成空氣是氮,但是氮分子很難參與化學反應,只有少數微生物能直接利用空氣中的氮,其它生物要麼直接間接的依賴這些固氮菌,要麼就得等閃電了,幸好地球不缺閃電。閃電能夠把氮和氧結合,最終轉變成硝酸和亞硝酸,然後被植物利用,最終被動物利用,至於我們這樣的動物,主要依靠吃別的生物的蛋白質來獲得氨基酸,相對來說動物蛋白質的營養價值高於植物蛋白質。
但人類的太空技術,理論上會影響地球的質量比如那些發射到太空中的衛星和飛船,只要它們不會墜落回地球,那麼這些質量就永遠消失了,但這對於地球的總質量來說,簡直微不足道,暫時不用考慮,除非什麼時候,人類要把地球整體改造成一個巨大的飛船,到那一天也許地球的質量也會發生變化吧。
圖示:飛出太陽系的旅行者一號。它不僅帶走了地球的質量,甚至還帶走了太陽系的一點點點質量呢