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2018年第3期 总第017期 9月
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当你死去时,你的原子会如何

「你的死并不会让它们终结」

英国葬礼仪式中有一句悼词:“尘归尘兮土归土。”而这句著名的悼词来源于圣经中的一句话:“你本是尘土,仍要归于尘土。”以及“我使火从你中间发出,烧灭你,使你在所有观看的人眼前变为地上的炉灰”。这些说法是为了慰藉亡灵,并非是从生物与化学的角度解释,写下这些句子的人对碳原子与共价键也是一无所知,当然他们也不需要知道我们是由无生命的物质构成的

你当然可以随心所欲地讨论神学和哲学,但至今为止没有任何被普遍接受的观点可以说明灵魂是什么或是当你死去时“你”发生了什么变化,或许永远也不会有。不过倒是有一些确定的科学事实可以让你足够信任,并在原子层面上阐述你的信仰与传统的基础。

简单来说,你身体中的大部分最终都将变成气体而非尘土,也就是由二氧化碳和水蒸气构成的看不见的“元气”(spirit),而这个词的意义源自于拉丁语“呼吸”(spiritus)。在我们深入探讨之前,不妨暂停思考一下,有1/3到一半的美国人相信形而上学的“元气”,那么原子性质对他们有何意义?

很多世俗观念都认为,人在死亡的那一刻,正是灵魂离开肉体的时候,然而这一说法并没有可信的证据支持。2007年,softpedia网站上由科学编辑卢锡安•多内亚努(Lucian Dorneanu)撰写的一篇文章对此进行了解释:即便你能不择手段地成为一个会穿墙术的古典鬼魂,你也做不到你所期望的那样。比如说,因为你的脚是非物质的,也就不会与地面之间产生摩擦力,所以你并不能行走,而且你可能也不会被别人看到,因为你缺乏可以反射光线的原子。如果你的魂魄不是由原子物质构成,那么还可以假设它是一种能量,因此不具备密度或惯性,也就不能操控物体或是让空气分子产生运动,用抑扬顿挫的音波进行演说,或是发出令人毛骨悚然的鬼哭。而且,一般假想出来的鬼魂形象都会穿有衣服,但我们所穿的织造品似乎也不可能变成幽灵。的确,科学并不能证明鬼魂绝对不存在,但原子性质却至少可以说明,鬼魂不会像大多数恐怖电影和小说中描述的那样

如果你还想知道关于人体腐烂的一些血淋淋的细节,我们还可以转到其他一些可能令人不安的话题,然后你还可以读读一些法医专家的文章,而他们工作的地点则是像田纳西大学位于诺克斯维尔附近的“尸体农场”,在这里尸体被直接暴露在外以供科学研究。简单来说,即便你在死后经过防腐处理并被埋在一副结实的棺材中,你的原子最终也仍然会消散。不过在其他一些条件下,这个过程可以更快更彻底地发生,所以基于洁净的考虑,不妨用火葬代替这一过程,开启我们的思维旅行。

(图源:bbs1.people.com.cn)

当你由生入死后,你的细胞将会缺氧并开始窒息。作为结果,你的线粒体会停止制造ATP,肌肉纤维不能再收缩,神经系统中的离子泵也没了能量供给。尽管在显微镜下,你刚刚死去的细胞看上去还是活着的,那是因为水质内部粒子的布朗运动还会让细胞持续翻腾,但是在原子层面,运动本身并不见得就代表着生命存在。

在现代火化炉中,原子会在1400~1800华氏度(760~982摄氏度)的高温下跳跃,让一切变得更为迅捷。几分钟内,你体内流淌的水分子就会因为剧烈运动,不再被氢键所束缚。当它们各自弹开后,便以蒸气形式逃逸到了空气中。

当你的水分逐渐离你而去,脱水的遗骸继续被加热,运动越来越剧烈的碳原子也将变得想要逃离,不过这个过程还需要些帮助。当蛋白质和其他一些有机物分解成炭黑时,这些黑色颗粒会因为断裂的化学键与热运动产生的巨大能量开始发光。空气中的“天使”——氧气会将你的碳原子悉数带走,为它们装上翅膀形成CO2飞到天空中。随着这些氧原子护卫的加入,你身体中的碳原子变成三倍多重量的气体,平均一名成年人可以产生超过100磅(45千克)稀疏分散的二氧化碳。通过类似的方式,氢、硫和氮原子也将以水蒸气及气态氧化物的形式从你的蛋白质与体脂中逃离。

跟着这些气体一同爬上烟囱,可以看到你身体最后的原子其他一些重组结构。胃酸中的很多氯原子将会再一次形成腐蚀性的烟雾,就像它们很久以前从火山口喷发的那样。如果你生前曾用传统方法补过牙齿,那么银汞合金中的汞原子也将松动并逸出,我们希望在给其他人的细胞造成损伤之前,它们可以被过滤器捕获收集。如果你在美国死去,你的填充物产生的汞蒸气真的有可能威胁他人的健康,因为目前没有任何一条联邦法令对此进行约束。尽管很难确定可靠数据,但对全美的估算,每年因火化造成的汞排放量在数百磅到数吨之间

在火化炉中待上几个小时之后,你先前从空气中获取的原子都将离去,剩下那些从岩石与土壤中获取的原子。这些骨灰,是你骨骼中刨去那些可燃胶质之后所剩无几的矿物质晶体碎屑,以及少量盐分和铁锈的粉末,除非你还在体内携带着其他物件。尽管为了谨慎处置此事,殡葬行业进行了很多努力,然而火化过程还是偶尔会遭遇因心脏起搏器或硅胶移植体引起的爆炸,最终,任何从猎枪子弹到金属假肢铆钉之类的物品都会在火化完成之后,化为熔炉底板的一部分。

当火葬场的员工向你的家人移交你那剩余的4~7磅(1.8~3.2千克)骨灰时,要知道,这些粉末与壁炉或营火产生的灰烬并不相同。柴火灰烬主要是钙与钾的碳酸盐(相对低温时)或钙与镁的氧化物(相对高温时)。相比之下,你的骨灰主要由骨骼中的磷酸钙构成,此外还有点钠与钾的盐末。躺在骨灰盒中的骨灰之所以呈细颗粒状,并不是因为它们叫“骨灰”,而是因为它们是被粉碎成沙粒大小以便携带,或许也是为了避免家人因为看到更大块的骨骼时引发的微妙情绪

这便是关于你身体的全部。你的大多数原子将飘散在空中,而剩下的那些,将取决于你的“骨灰”守护人如何处置。故事到此为止了吗?很难讲。对于这些原子来说,你的死并不会让它们终结,只不过是让它们从几十亿年前就开启的史诗般传奇又翻过新的一页,而故事还将持续很久很久。

(图源:pixabay.com)

那些火化时产生的水和二氧化碳,会随着风到达地球的任意角落。如果你是在中纬度的位置火化,下降气流通常是向东前行,而如果你的生命终结在赤道附近,则更多会是向西飘散。这些地理信息,再加上大气科学家的努力,让我们可以想象如何跟随你的原子开启它们在你死后的旅程。

我们假设你和1955年时的爱因斯坦一样,在新泽西的特伦顿火化。与爱因斯坦一样,你身体中气化的那些残余物将很可能化作一道青烟,飘过北大西洋上空,确切的路线与流速则取决于天气和海拔高度。不过如果你只是满足于一般估计,那么可以天马行空地遐想接下来的过程。

大气中在空气最为密集的下层10英里(16千米)厚度中,地面平均风速一般在5~10英里/小时(8~16千米/小时)之间;随着海拔提升,风速也会显著加强。在新泽西所处的纬度,地球周长大约为19000英里(30600千米),按照平均风速为50英里/小时(80千米/小时)的合理估计,你的水蒸气和CO2将会在16天内环绕北半球一圈,考虑到风带中的湍流也许会接近三周的时间。在它们第一圈环游世界时,大多数原子并不会与能够吸收它们的水体或植物接触,任何人想在你被火化之后跟你的碳原子打招呼,只需要等上几周,向头顶上的空气挥挥手就可以了,尽管这些残余物很稀薄。不过,通常大气中水蒸气的逗留时间不会超过两周,所以你的大部分水分子应该已经凝聚成雨雪,或是成为沿途云层中的水滴了。

当它们绕地球三圈之后,你的这些气化原子还剩下多少依旧会从观察者眼前通过呢?北半球的表面积大约有9800万平方英里(2.54亿平方千米),因此如果你的碳原子均匀地分布于此,那么在任意时刻,每平方英里上空都将飘浮着1000亿亿个这样的原子;或者说,在头顶上方每平方英尺截面的空气柱中,都有3600亿个碳原子曾属于你。因此,在你火化后几个月后,如果有人抬头望望天空,那么在他的视野范围内将可能搜索到你的几万亿颗碳原子,尽管它们并不可见。如果再等上几周,细菌将你那些氧化后的氮原子转化成光散射性的氮气,那么他们也可以想象,你也正在给天空增添一抹蓝色。

在此之后,你的气化分子又将何去何从?它们的原子最终会被编织到树木之中,或是在一些森林中以氧气的形式释放,除非在你的某位后裔体内才会再次转化为代谢水。也有一部分原子会被宇宙和太阳辐射撕裂。一些飞到大气层最上方的氢原子也许会被太阳风吹散到太空中,在那里它们会被离子化并加速,某种意义上讲,它们被遥远星系的宇宙射线“狙击手”再次发射。

几周内,你的大部分残余水分子会凝聚并降落。如果它们掉落到海洋中,也许会和邻近的分子进行原子交换,不再是原本的状态。不过,在被海藻及蓝藻分解或被蒸发然后落到某处陆地之前,大多数氢氧原子都会持续跳着这支“水分子交谊舞”。在接下来的几百万年里,它们还会以无数形式出现在这个世界上,或许是树莓汁,或许是海龟泪

至于你那些飘在空中的碳原子,最终也会溶解在雨滴中,并落到陆地上和海洋里,或是被植物直接从空气中吸收。落在陆地上的二氧化碳也许会被切断它们的氧原子双翼,并成为植物中有机分子的一部分,再被动物吸收,最后或许成为你后代的一部分。更多的可能是掉落在海洋中,海藻也许会将它们收集。这些海上漂泊者,很多最终都会成为鱼、鲸和鸟类的食物,而当它们成为排泄物或是从皮肤上脱落后,又被细菌奉若珍宝。在更长远的未来,它们中的一部分会沉入海底,被淤泥所覆盖。再过数百万年,它们也许会随着海洋中的俯冲板块向地幔中滑落,在剧烈的高温高压下,它们中的一部分也许会结晶为钻石。

假如你相信网络上的广告,那么你的一些碳原子也许可以更快地成为钻石。如果你的亲属希望如此,他们可以找到一大堆公司提供这种将骨灰碳压制成人工钻石的服务。网上的说明很简单:将骨灰与加工费寄给他们,经过几个月的秘密加工,就可以获得具有纪念意义的可爱宝石了。如果你的骨灰在相对较低的温度下形成,那么骨骼中残余的碳原子与烧焦的碳应该确实足够制造一颗钻石。不过质疑的声音也指出,骨灰中的残余碳原子相当缺乏,并且如果在死者亲人最脆弱的时候收了钱财,过几个月寄过去一颗网购的低廉钻石也是很容易做到的

如果你真想留下一个美丽的“碳”回忆——其实你已经做到了,并且不用花一分钱。在你的一生中,你会通过呼吸、死皮和其他形式脱落碳原子,积累起来的重量远远超过你现在的体重。你的碳原子早已遍迹全球,从你出生之后,它们在羽毛、鱼鳍或花瓣——以及我们需要理性面对的粪便——之中待过,总之千型百态。实际上,你所爱的人到过的任何地方,都可能会让他们亲近你曾经拥有过的碳原子,其中一部分甚至已经在他们体内定居。不过如果你需要更集中、专一而稳定地记录自己的轨迹,树干上的沉积物会是一个不错的选择。

如果一棵树在你久居的地方生长,那么在过去的生长季节里,它将很可能吸收了一些你呼出的碳原子并将其编织到了树干之中。很多树都会生长同心圆形状的年轮,因此确定树干中哪些部分含有曾经由你呼出的原子也不是没有可能。如果一棵树生长在你家附近或是在你经常走过的林间小道边,那么你和它接触的时间越近,你的碳原子也会更靠近树皮。树干保存着这些和人类活动有关的原子,这可不是神秘的猜想,而是一个事实,可以通过对那些生长于大城市CO2穹顶之中或下风口的树木年轮进行同位素分析进行确认,可以根据全世界范围的树木年轮中存在炸弹来源的碳进行确认,也可以通过鲑鱼氮掺入太平洋沿岸植物的类似过程进行确认。

身体组织中碳同位素的动态平衡同样也显示,在你的一生中,你一直都在向环境中扩散。随着时间变化,食物中碳13与碳14同位素会越来越少,而你的碳原子会持续不断地通过食物更新,因此随着你不断“丧失自我”,你自己的同位素平衡也会在你的一生中发生变化。几乎你的所有原子都会在一年内被替换,而火化的一个主要区别就是一次性地将你消散,或许,活着的身体与腐烂的尸体之间,最大的差异并非是原子的离去,而是没有新的原子补充

那么所谓的骨灰又如何了呢?这首先取决于它们会去往何方。如果有人将它们撒到田地或花园中,那么你的矿物质元素将很可能被植物的根部吸收。比如爱因斯坦,传说他的家人和朋友将他的骨灰撒在了特伦顿附近的一条河中,所以大西洋是他可能的目的地。河水的湍流以及弱酸性有助于将这些骨灰溶解,而当他的原子扩散到海水中时,海藻利用他的磷和铁构建细胞膜与线粒体,蛤与螺将他的钙吸收到外壳中。任何不被溶解的部分都已被沉淀所覆盖,未来还会像卡罗来纳海岸那样形成沉积的磷酸盐,也许墨西哥湾洋流还会将爱因斯坦牙齿上的一些磷原子送回他的出生地,在那里它们第一次从德国某个农场的矿物质母体中出现。

思考有关死亡的太多细节很难,要接受上述过程不是幻想而是事实,或许就会更难。不过,科学关注的只是事实,不管我们更愿意相信什么,如果要说什么是放之四海皆准的道理,那么你可以确信一点:死亡会带走你的原子。也正因此,无数生物还会在未来繁衍生息。想到此,我们不禁想知道——未来到底有多远,有什么东西是永恒的吗?

作者简介

科特·施塔格(Curt Stager)科学家,科普作家。生于1956年,杜克大学生物学与地质学博士,自1987年开始担任保罗史密斯学院自然科学教授,这所学院坐落在纽约北部的阿迪朗达克山脉,他喜欢在这里弹奏班卓琴、吉他和野外滑雪。

(本文经授权摘编自未读·探索家·北京联合出版公司出版的《诗意的原子——8种连结你和宇宙万物的无形元素》(2016年7月,[美]科特·施塔格/著,孙亚飞/译)第九章《消逝的肉体——生命和非生命的界限》,部分图片为编者所加。

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