092 寻根究底:物理层面上看,硅基生命能不能取代碳基生命存在?科学星球

092 寻根究底:物理层面上看,硅基生命能不能取代碳基生命存在?

41分钟 ·
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评论数89

上期节目的最后,我跟你讨论了一个看起来很简单,其实深挖下去很深刻的问题,从量子层面考虑,为什么科学家在寻找外星生命的时候,总是先考察一颗星球上到底有没有水,为什么生命就必须得有水,也就是H2O这种物质。可能你会在直觉上觉得科学家太保守了,一点想象力都没有,但当我们从微观世界原子和电子之间的关系,一路推演到形成多细胞复杂生命必要的条件,你就知道,还真就得是H2O这种看起来普通、实则非常特殊的物质,才能支持生命。

那期节目聊完这个话题,很多朋友意犹未尽,还想让我聊聊,我们地球上的生物都是碳基生命,那硅基生命可能存在吗?我们有可能在这个物理规律的宇宙中,找到硅基生命呢?

我的想法是,盲猜没意义,你说可能有,他说不可能,谁都没法说服谁。那今天,我们还是尝试用同样的推演方法,从最基本的物理学层面,一点一点跟着逻辑往前走,看看最终会把我们带到一个什么答案面前。

其实最重要的不是最终答案,有没有硅基生命,而是这个推演的过程,是一次愉悦的智力体操。

我们的故事,要从一本杂志上的一条新闻说起。

下面这张图是元素周期表,供你听节目的时候参考:

展开Show Notes
brainzhang
brainzhang
2024.10.22
太牛了,解决了我一直以来的疑问。从原子电子角度解释生命底层构成的演化起源。大自然的设计真是奥秘无穷。
山衔
山衔
2024.10.23
主播讲的很好,不疾不徐娓娓道来,但化学废表示已混乱😵‍💫就当熏耳朵了
猫三思
猫三思
2024.10.22
我肯定是膨胀了 文科生听起来还是觉得不明觉厉
Bryann孙彬
:
没事儿,理科生也都忘差不多了
好了,高中学的化学终于有用了😂
Olivia_DLH7
Olivia_DLH7
2024.10.24
如果我的化学老师也能这样讲不敢想象我的理综会有多好🥹
gllQ
gllQ
2024.10.26
在砷磷的例子中,砷形成的化合物比磷不稳定。而在硅碳的例子中,二氧化硅却比二氧化碳稳定。为什么是相反的啊
Bryann孙彬
:
这个问题非常好,节目里没有展开说,简单来说是这样的: 二氧化硅和二氧化碳不同,它是一种原子晶体,结构是硅原子与氧原子形成的四面体结构,这种结构让二氧化硅具有高度的稳定性;而二氧化碳是分子晶体,由单个分子组成,分子晶体的结构在气态下稳定性较低,容易发生变化。 当然我们还可以继续向下追问,为啥二氧化硅是原子晶体? 因为C-O之间的化学键和Si-O之间的化学键是不一样的,C原子半径小,和O原子作用时垂直分子连线方向的p轨道能相互重叠,因为距离近,所以能形成一个π键和一个σ键,也就是C=O双键。 但是Si原子比较大,和O原子作用时垂直方向的p轨道没法子重叠了,因为太远了,所以只能和周围的O形成一个σ键了,也就是Si-O单键。 这说的是常温常压下,而如果在约 4 万个大气压和 1800 K 的高温,用强激光照射干冰,就可以得到类似二氧化硅的结构。
柏灵筠:妈呀 高中化学死去的记忆攻击我了
作为一个理科生,和平常看点科幻小说的人来说,听完这期,感觉十分惭愧,我有时在想“为什么科学家探索时还是要以c为生命的标准”,可是没成想过,所有的答案我早就学过了,都是课本上的知识,一切早在宇宙诞生之初就有了答案
Bryann孙彬
:
其实您说的那个领域也完全没毛病,不一定所有人都苦大仇深搞研究嘛,科幻小说如果太过严谨就不好看啦不是
HD119881v:是有氨吗?记得环境里会有氨气味道
33:14 其实低温环境硅有稳定性和高温下二氧化硅气态来进行新陈代谢已经矛盾了,很难形成稳定生命吧
18:26 比记忆中初一上学期那老师讲得好些
brainzhang
brainzhang
2024.10.25
太棒了。宝藏博客。我竟然今天才发现这么牛的内容,大损失大损失。我要每一期都听三遍,纯纯的享受。播主我要尊敬的称您为老师。这个播客是我迄今为止听过的最棒的科普节目。谢谢老师!
Bryann孙彬
:
您过奖了,确实不敢称老师,我只是个业余爱好者,能让您听者高兴,再荣幸不过
小猫犯困
小猫犯困
2024.10.28
15:45 催更下一期,好奇为什么元素最外层八电子稳定
小猫犯困:其实我知道是因为sp轨道,但s轨道等电子轨道又为什么是二电子充满,p轨道六电子充满呢,构成角量子数的规则背后的原因是啥呀🧐
语速真的超合适 尤其是对这种硬核一点的主题
Bryann孙彬
:
我本人语速还蛮快的,讲这个就慢一点
yummyyummyy
yummyyummyy
2024.10.24
砷像豆腐渣工程建材
Bryann孙彬
:
这个比喻可太棒了
科春
科春
2024.10.23
播主可能记错了,《挽救计划》里波江 B 人并不是硅基生命,而是和人类从同种生命进化而来,利用同样的蛋白质,化合物和糖分。
Bryann孙彬
:
确实有可能哈,还是去年读的,我再去查证一下,不过如果是碳基生命,那么在那种高温高压下生活可能也会存在一些科学上得BUG
高中化学知识诈尸了😆
狲狲
狲狲
2024.10.24
我也曾说过Chem4Life啊😭
Judyyyyyyy
Judyyyyyyy
2024.10.24
18:12 死去的高中化学知识复活了😂
Zodiaczzz
Zodiaczzz
2024.10.23
开车回家的路上带我复习高中化学
plrV
plrV
2024.10.25
感觉通常所说的硅基生命指的是半导体、逻辑电路这种?PN结之类的东西是否可能自然形成稳定存在呢?
Bryann孙彬
:
这个我们在节目一开始就先排除在外了,这里特质以硅代替碳化学结构的生命形式,不包括半导体
琢月
琢月
2024.10.23
讲得非常好,生动形象,很有意思