【推舊文】一變四 四變十二 宇宙演化永恆真理（21.02.2020）

／／一變四
四變十二
來到這禮拜更加諷刺／／

作為科學家，我並不相信報應，但我相信物理上的因果。除了生物學上的病毒傳染會「一變四、四變十二」，天文學上亦有「一變四、四變十二」，而且這個過程更直接影響地球上的生命，甚至整個宇宙的演化。

恆星是一個巨大的煉金術熔爐。構成恆星的元素，絕大部分是氫（原子量為1）。由於恆星自身的重力，恆星裡的氫會互相擠壓。好像擠壓一個氣球一樣，壓力和溫度會上升。當溫度提昇至約1,500萬度，氫原子核就能夠突破彼此的電磁斥力，透過量子穿隧效應結合在一起。

在這個溫度下最的過程是「質子-質子連鎖反應」（氫原子核其實就是一個質子）。簡單來說，就是四個氫結合成一個氦（原子量為4）。

一變四。

不過要注意的是，這個過程並非一步登天。事實上，首先兩對氫核各自結合成氘（氫的同位素），然後這兩個氘再各自與一個氫結合成氚（氫的另一款同位素）。最後，這兩個氚結合成氦，並同時放出兩個氫。這兩個氫能夠繼續連鎖反應。

不過，當太陽差不多用盡體內的氫元素，更多有趣的事情就會發生。其細節很複雜，如果我們只簡略說重點的話，大概就是首先因氫核不足，太陽核心的核反應放出的能量漸漸變少，重力開始將恆星中心壓縮。

本來太陽只有中心部分才會發生核反應，但恆星外圍的氫亦因壓力和溫度增加，亦開始發生核反應，因此恆星中心會向內壓縮，外圍卻會膨脹。這時，太陽就進入所謂的紅巨星階段，尺寸變得比地球軌道更大，因此地球要不是被燒得灰飛煙滅，就是因太陽重力場改變而向外移動。無論如何，因太陽變得非常熱，地球海洋會完全蒸發，所有生物都難逃一死。

扯遠了。回來討論太陽中心的核反應。因體積變小，溫度和壓力再次提高，直至點燃另外一個核反應「碳循環連鎖反應」。碳循環連鎖反應亦是把氫結合成氦的連鎖反應，只不過這次需要一個碳原子核幫手——太陽內部只有微量的碳，來自前一兩代的恆星殘骸，不過已經足夠了。

質子–質子連鎖反應的效率正比於溫度的4次方，而碳循環連鎖反應的效率則正比於溫度的16次方。這個恐怖的數字顯示，太陽裡的核反應將會失控地加速，核反應所產生的能量根本來不及散失到太空之中，因為一個光子要從太陽中心走到太陽表面需時以百萬年計。

這意味著，太陽中心溫度將不斷提高。當溫度達到1億度，另一個核反應「三氦核連鎖反應」就會接手，將三個氦結合成一個碳（原子量為12）。

四變十二。

三氦核連鎖反應由兩個步驟組成：先由兩個氦結合成一個鈹，然後這個鈹再跟一個氦結合成一個碳。三氦核連鎖反應的效率正比於溫度的40次方。

太陽中心的溫度將不斷提高，逐步點燃其他的核反應。加上各種不穩定同位素的核衰變反應，太陽共可合成80種元素。太陽能夠合成的最重元素是釙。

比太陽更重的恆星，有可能合成更重的元素，直至所有比鐵輕的元素都合成鐵了，恆星中心就會變成一顆鐵球。由於鐵的核結合能——即每個核子（質子和中子）結合時釋放了的能量——是所有元素之中最高的，結合鐵需要輸入能量而非放出能量。因此恆星中心的核反應會停止，沒有壓力[1]能夠抵抗重力，中心會急速向內坍塌，然後反彈，造成超新星爆發（II型超新星）。整個過程不足一秒。

超新星爆發之中，所有合成過的元素都會被光分解成氫，然後又在極高溫度裡再次重複核反應，合成宇宙中可以自然找到的所有元素。地球上的生命需要的各種元素，大都來自於超新星爆發[2]。而恆星以至星系的演化過程，又受各種元素的比例所影響。因此，整個宇宙的演化，都取決於主宰這些核反應的物理定律。

一變四，四變十二，宇宙演化永恆真理。

P.S. 都係聽返《喜氣洋洋》。飲杯！

[1]事實上，簡併壓力會再抵擋重力一段時間，不過要解釋的話就過於離題，有興趣的讀者可參考《星海璇璣》第五章第三節「恆星的死亡筆記」，或我的文章《恆星的死亡筆記》。

[2]2017年，人類觀察到首個來自雙中子星結合所釋放的重力波。近年研究發現，許多以往被認為源自超新星爆發的重元素——例如金，比較可能是來自於這類雙中子星結合事件的。可參考LIGO網頁的解說。

【推舊文】一變四 四變十二 宇宙演化永恆真理

就過年了，希望chain reaction唔好停🙏🏼😃

作為科學家，我並不相信報應，但我相信物理上的因果。除了生物學上的病毒傳染會「一變四、四變十二」，天文學上亦有「一變四、四變十二」，而且這個過程更直接影響地球上的生命，甚至整個宇宙的演化。

恆星是一個巨大的煉金術熔爐。構成恆星的元素，絕大部分是氫（原子量為1）。由於恆星自身的重力，恆星裡的氫會互相擠壓。好像擠壓一個氣球一樣，壓力和溫度會上升。當溫度提昇至約1,500萬度，氫原子核就能夠突破彼此的電磁斥力，透過量子穿隧效應結合在一起。

在這個溫度下最有效率的過程是「質子-質子連鎖反應」（氫原子核其實就是一個質子）。簡單來說，就是四個氫結合成一個氦（原子量為4）。

一變四。

不過要注意的是，這個過程並非一步登天。事實上，首先兩對氫核各自結合成氘（氫的同位素），然後這兩個氘再各自與一個氫結合成氚（氫的另一款同位素）。最後，這兩個氚結合成氦，並同時放出兩個氫。這兩個氫能夠繼續連鎖反應。

不過，當太陽差不多用盡體內的氫元素，更多有趣的事情就會發生。其細節很複雜，如果我們只簡略說重點的話，大概就是首先因氫核不足，太陽核心的核反應放出的能量漸漸變少，重力開始將恆星中心壓縮。

本來太陽只有中心部分才會發生核反應，但恆星外圍的氫亦因壓力和溫度增加，亦開始發生核反應，因此恆星中心會向內壓縮，外圍卻會膨脹。這時，太陽就進入所謂的紅巨星階段，尺寸變得比地球軌道更大，因此地球要不是被燒得灰飛煙滅，就是因太陽重力場改變而向外移動。無論如何，因太陽變得非常熱，地球海洋會完全蒸發，所有生物都難逃一死。

扯遠了。回來討論太陽中心的核反應。因體積變小，溫度和壓力再次提高，直至點燃另外一個核反應「碳循環連鎖反應」。碳循環連鎖反應亦是把氫結合成氦的連鎖反應，只不過這次需要一個碳原子核幫手——太陽內部只有微量的碳，來自前一兩代的恆星殘骸，不過已經足夠了。

質子–質子連鎖反應的效率正比於溫度的4次方，而碳循環連鎖反應的效率則正比於溫度的16次方。這個恐怖的數字顯示，太陽裡的核反應將會失控地加速，核反應所產生的能量根本來不及散失到太空之中，因為一個光子要從太陽中心走到太陽表面需時以百萬年計。

這意味著，太陽中心溫度將不斷提高。當溫度達到1億度，另一個核反應「三氦核連鎖反應」就會接手，將三個氦結合成一個碳（原子量為12）。

四變十二。

三氦核連鎖反應由兩個步驟組成：先由兩個氦結合成一個鈹，然後這個鈹再跟一個氦結合成一個碳。三氦核連鎖反應的效率正比於溫度的40次方。

太陽中心的溫度將不斷提高，逐步點燃其他的核反應。加上各種不穩定同位素的核衰變反應，太陽共可合成80種元素。太陽能夠合成的最重元素是釙。

比太陽更重的恆星，有可能合成更重的元素，直至所有比鐵輕的元素都合成鐵了，恆星中心就會變成一顆鐵球。由於鐵的核結合能——即每個核子（質子和中子）結合時釋放了的能量——是所有元素之中最高的，結合鐵需要輸入能量而非放出能量。因此恆星中心的核反應會停止，沒有壓力[1]能夠抵抗重力，中心會急速向內坍塌，然後反彈，造成超新星爆發（II型超新星）。整個過程不足一秒。

超新星爆發之中，所有合成過的元素都會被光分解成氫，然後又在極高溫度裡再次重複核反應，合成宇宙中可以自然找到的所有元素。地球上的生命需要的各種元素，大都來自於超新星爆發[2]。而恆星以至星系的演化過程，又受各種元素的比例所影響。因此，整個宇宙的演化，都取決於主宰這些核反應的物理定律。

一變四，四變十二，宇宙演化永恆真理。

P.S. 都係聽返《喜氣洋洋》。飲杯！

[1]事實上，簡併壓力會再抵擋重力一段時間，不過要解釋的話就過於離題，有興趣的讀者可參考《星海璇璣》第五章第三節「恆星的死亡筆記」，或我的文章《恆星的死亡筆記》。

[2]2017年，人類觀察到首個來自雙中子星結合所釋放的重力波。近年研究發現，許多以往被認為源自超新星爆發的重元素——例如金，比較可能是來自於這類雙中子星結合事件的。可參考LIGO網頁的解說。

感到 #心冷？沒問題的，因為【太陽的心比你的心更「冷」！】#本日冷知識1540
　
蛤？
　
太陽的核心，可是堂堂的一千五百萬℃，區區三十六度半的人體怎能相提並論呢。彷彿聽到有這樣的異議。（讀者Ａ?!）
　
太陽核心是以核融合產能。在高壓高溫的太陽核心，每秒鐘就有大約六億噸的氫融合成氦原子核，但這過程中總質量減少了 0.74%，代入那個最有名的公式 E=mc^2 失去的質量一下子化成了能量溢出：高達每秒 3.8 萬兆兆焦耳.....若換算成一份一千大卡的炸雞腿便當，大約是每秒發 9.2 千萬兆份便當。
　
*以上因為數字實在太大，超乎了日常的數字概念，根本是毫無意義的換算 XD
　
其實，核融合反應實在是非常稀少，不但極不容易發生，在那巨大一鍋電離的熾熱氫氦電漿濃湯之中，只有微不足道比例的氫原子碰撞能完成融合。
　
換言之，一個反直覺的事實是太陽的「基礎代謝率」其實非常非常非常之低（標題「冷」的意思）。曾有物理學家言道，太陽和宇宙中的其他恆星居然能產生任何熱能，大概是最為近乎奇蹟的物理過程了 [相關軼聞=見留言區]。
　
在人體，基礎代謝率指的是完全不活動的休止狀態下人體消耗氧氣，燃燒醣類／脂質／蛋白質，最後釋放的熱量大小。若要比較人體和太陽，這兩個質性天差地別的東西，只能靠數學這可靠老法寶。
　
根據目前共識的物理模型，太陽的核心＝正中央，每立方公尺中每秒會產出 276.5 焦耳的能量，也就是 276.5 瓦／m³。太陽核心的溫度和壓力都是最大的，是核融合效率最高的地方，畢竟核融合的同義詞又叫做「熱核反應」嘛，熱到核都融了 XD
　
但......欸，太陽核心耶，產能的「密度」卻只有 276.5 瓦，用心感覺一下，這數字簡直低到不可思議。做為比較，一個約 60 公斤的肥宅什麼事都不做，光是躺著呼吸每秒就會散發約 80 焦耳的熱量。換算約一立方公尺 1300 瓦。贏了！約是太陽約四倍，遠勝。
　
純屬好玩，我再找一些數據作伙大車拼：說起最能把選手操到變超級賽亞人的職業運動，大概就是自由車。運動醫學已經建立了詳盡的測量自由車選手生理數據的方法——基本上就是請選手戴呼吸面罩騎車，測量氧氣的消耗量就可以換算出代謝率。跳結論，自由車手中的佼佼者，尖峰代謝率可以一舉提升至基礎值的 5 倍的 BUFF！整個人體超燃、爆出約 400 瓦的功率。達到了太陽核心的 20 倍。#東河馬之手
　
另外，與我們的直覺相反，人體最耗能的器官並不是肌肉......顯示為遙望館長之肩。肌肉只是可以占身體很大比例重，因此總體可以貢獻更大的產能而已。
　
論起每單位重的耗能，器官中的佼佼者其實是它 → 撲通撲通董茲董茲的心臟。還有幾乎與心臟打平的，竟是腎臟。它們倆都是滿腔熱血，也得必須泵／過濾處理超多熱血，非常之繁忙，因此自然是超級耗能密集。
　
來人啊！上數據。心臟啾竟四有多耗能？每單位重的心臟耗能是——身體耗能平均值的 18 倍！但只是因為心臟只小小一顆，貢獻的總量不多罷了。
　
腦子雖然也是高耗能，但其代謝倍率只有心臟的約一半，但人腦很大很重（通常而言啦），就貢獻了代謝的一大塊惹。總體來說大腦占了人體約兩成的代謝，心臟則占了 8%，和腎臟大致與心臟相等。
　
總之，以體積來算的話，各位讀者出社會太久而已經冰冷的心臟在「代謝率」也就是產熱方面，仍然比太陽的內心溫暖了 4×18 = 72 倍左右。要比心冷大家來比啊！喔喔。#北風與太陽的故事(X
　
太陽之所以能保持溫度上的超級灼熱，完全只是依賴太陽的體積和質量實在是難以想像的大，熱量匯聚加總起來超級無敵驚人罷了。也有相對表面積小，難以散熱的因素在內。胖子都怕熱的物理學。
　
如果本文這一堆怪奇數據能告訴我們一件事，那大約就是暗示說：原子核實在非常非常非常非常非常非常非常非常不樂意發生融合反應。君不見，即使是在太陽核心，那麼大的重力對氫原子輾壓擊打，卻都只會發生效率相對差勁、溫溫吞吞的核融合而已。
　
今天人類想在地球上創造一個電磁瓶子，裝下一團比太陽核心熱十倍以上的氘電漿（質量遠不夠太陽，用溫度彌補。此外氘也比氫容易融合，氚更容易但就是含量少）。並期待它們發生融合，實在是件１００億％超困難的事。
　
我就不特地提蜘蛛人２那成功輕易到幾乎可笑的核融合裝置了——它甚至還有「失控危險」咧——那麼方便的科技給我來一點啊魂淡。
　
FIN
　
by 科宅

參考資料《太陽科學：一千五百萬度的探索之旅》作者：葛琳 (2018) 貓頭鷹書房。

圖片 Frozen heart by ghoner (2006)
www. deviantart. com /ghoner/art/Frozen-heart-27396219

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完整配方與操作說明：https://www.briancuisine.com/?p=6975

【配方修訂版】
中筋麵粉：60g
開水：50g
牛奶：50g
* 無鹽奶油：20g
* 葵花子油：30g
砂糖：1茶匙
鹽：1/4茶匙
室溫全蛋：2大顆(約100g)
泡芙麵糊製作方式：https://www.briancuisine.com/?p=3198

這份針對不萊嗯已經發表過的泡芙配方修訂，是一個烘焙科學新理解的應用，也可解決不少朋友，因居住在高濕度環境，讓原本烤好看似完美出爐的酥脆泡芙，在高濕度空氣裡軟化過快、失去品嘗的樂趣 (這個做法可將酥皮效果延長至8小時左右)。當然不萊嗯採用的並非不健康的酥油取代奶油做法，而是關鍵性的「雙油脂混合共煮融合法」。

奶油 (Butter) 一般含有16%~18%的水分，而植物油則百分之百是油脂，當液態油脂(植物油) 比例增高時，能覆蓋麵粉裡的蛋白質比例也隨之增高，進而減少水分與麵粉的水合作用，而有效減少水分進入組織結構的機會，因此降低奶油用量的泡芙麵糊，經烘烤後可維持更長時間的酥脆程度。如果大家曾經嘗試過「核桃酥餅」這份配方，她運用的原利亦是兩種油脂的融合效果，進而取代過去傳統配方的「酥油」。

你或許想問，那為何不乾脆全用植物油就好了?對不萊嗯而言，完全沒有奶油香氣全採用植物油製成的泡芙也未免太平淡無味了。贏了面子、輸了裡子！

核桃酥餅配方：https://www.briancuisine.com/?p=5014
泡芙麵糊製作方式：https://www.briancuisine.com/?p=3198

修正配方的操作特殊之處：
先將無鹽奶油與葵花子油放入厚底鍋中，以中火加熱至完全的融合均勻，之後再加開水與牛奶，之後的操作流程、烤溫就完全一樣、無須變動。

想要讓泡芙長更大 (皮薄) 的技巧：
麵糊入爐前，可在麵糊表面噴上一層水霧，但這個方式僅適用於烤箱功率較高、供熱穩定的烤箱使用，否則外皮的水霧將阻礙熱度順利傳導進麵糊內部，反而會適得其、反烤出厚皮、長不大的泡芙。如選擇在泡芙麵糊表層噴上水霧才入爐，烘烤第一階段時間需從原本的12分鐘拉長到14分鐘才足夠。

外皮噴水的科學邏輯是啥？
這與歐式麵包入爐採高溫烘烤，在商業烤箱操作初期會噴上大量水蒸氣，如在家中烘烤，麵包入爐前會在表面噴上水霧的邏輯一模一樣，運用表皮的濕潤度讓結皮時間延後，而一入爐的烤箱高溫，足以讓泡芙像吹氣球一般迅速鼓起，如果外皮先被烤乾了，限制了她的膨脹體積，只會考出較小、但皮厚的泡芙。

軟化後恢復泡芙酥殼的方法 (回烤)
這方法僅適用沒有填入內餡的泡芙體。將烤箱預熱至攝氏180度(華氏350度)，達溫後關掉電源，放入外殼變軟的泡芙，大約5~10分鐘後離開烤箱，此時原本吸收收空氣水分的泡芙體，放涼後即可恢復到原先的酥脆質地。

認識酥油：
酥油之所以會酥是因為她不含水分，可讓特定餅乾或酥皮類甜點，保持更長時間的酥或脆，運用製程裡「氫化」作用，將液態植物油變成固態，即便在室溫下都能保持固態 (提高油脂融點)，但缺點是「氫化反應」是將氫原子擠進平行的脂肪酸鏈結中，然後油脂就能形成固態鏈結。而反式脂肪就是在這製作的過程中，硬將氫原子擠進原本已經存在的氫原子，而過多游移的氫原子堆疊到反式脂肪上，但因身體無法代謝而成了就成了健康殺手。