14 Si 矽 混血兒
2024-10-02 07:44:06
作者: [英] 凱薩琳·哈卡普
如果說有一種元素適合科幻小說,那就是矽。它簡直就是介於天然和人工、生物和電子之間的奇怪混合體,自帶各種奇妙結構和古怪行為。科幻作家推測不尋常的生命形式的時候,經常會提到它。
矽在元素周期表中的位置暗示了它強烈的特性反差。它位於兩種完全不同的元素的交界處。一邊的元素與無處不在的有機生命聯繫在一起,另一邊的元素則是由人類操縱並融入人工技術世界中。矽在這兩個陣營都有一席之地,它具有生物學上的作用,也開啟了我們所構建的數字世界。
碳元素在生命體內發揮著驚人的生物學功能,矽與它化學上的兄弟——碳有相似之處,這表明矽將是碳的理想替代品。矽存在於我們的體內,尤其是在頭髮、骨骼和膠原蛋白中,但它是不是必需的,以及每天的最佳攝入量應該是多少,都很難確定。矽在我們的世界中是如此豐富,遠遠超過碳,可為什麼在我們的食物中卻如此匱乏呢?這很難研究出什麼門道。但這也拋出了一個問題,既然矽如此豐富,化學成分又與碳如此相似,為什麼它沒有在生命中發揮更大的作用?
相比於矽,碳有其優勢。從兩個原子到成千上萬個原子,通過無窮無盡的排列組合,碳可以形成的分子結構數目超越你的想像。矽也可以形成各種大小的在生物學上有用的分子,但種類少得多。如果說我們可以用碳元素演奏複雜的分子交響樂,那用矽元素只能彈出簡單的鋼琴曲。
生命的另一個要素是化學鍵比較容易被打破和重建,從而使生命得以生長和發展。碳的化學鍵強度「恰到好處」,這使得各種含碳分子比較容易發生重排或重組,這種靈活性使生命過程能夠在我們地球上相對溫和的條件下進行。在化學鍵斷裂和形成過程中所儲存和釋放的能量方面,矽遠不能與碳相提並論。尤其是矽-矽鍵很弱,但矽-氧鍵很強,這導致地球上大部分的矽元素都以矽酸鹽或沙子(主要成分為二氧化矽)的形式存在著。
你可能會認為,當矽被鎖在化學惰性的沙子裡時,以矽為基礎的生物系統就會卡頓並停止運轉,但實際上,這卻是見證它奇蹟的時刻。碳的化學性質非常優秀,但矽和氧形成的矽酸鹽化合物卻是矽少有的優勢領域之一。它的外觀精美,種類多樣,從普通玻璃到石榴石,從滑石到黃玉。矽酸鹽在地球上含量豐富,質地堅硬,用途廣泛,地球上一些最奇異的生物都使用過矽酸鹽。當你看到水中的蛋白石和玻璃海綿這樣的科學事實,還需要看科幻小說幹什麼?
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硅藻是一種海洋藻類,它可以吸收溶解在海水中的微量矽酸鹽,並用它把自己包裹在保護性的矽化外衣中。在這些顯微鏡下才能看到的外殼裡,二氧化矽和水組合成了複雜的晶體,很像珍貴的貓眼石,反射出彩虹般的顏色。
此外,還有生長在海面數百米以下的珊瑚礁上的玻璃海綿。這些奇怪的生物和我們以及地球上大多數生命形式都不一樣。在它內部,矽酸鹽編織出一個精密的框架,存在著很多通道和空隙,構築起一個內部的網絡。在水下,這種雲狀的堅硬玻璃物質自身不能移動,但它們可以讓生命從它們精緻的結構中通過,通過微小的縫隙過濾掉它們賴以為生的微生物。基於矽酸鹽的生命可能更簡單、更緩慢,但絕不比其他生命遜色,這意味著生命的可能性並不唯一。
擺脫了氧的束縛,矽可以利用其混合特性的另一面。純矽與它的鄰近元素有一些相似之處,它可以導電,但只在特定的情況下。這意味著可以通過它來控制電流,做出決策,傳遞信息。這也可能形成另一種「生命形式」,只是和我們熟悉的那些不同。