跟随碳原子的脚步，重新游历138亿年的万物演化之旅(6)

安妮·坎农画像 | 图源：维基百科
我们只能通过观测和模拟来研究遥远的星空，而在探索我们脚下地球深处的过程中，同样困难重重——岩石屏障阻碍了我们想要探索地球所有区域的努力。人们对地球深处的世界充满了想象，正因如此，才有了凡尔纳的科幻小说《地心游记》和《地心历险记》这样的现代科幻冒险电影。我们探索地心深处奥秘的过程，也正是追寻科学真理的过程。那么科学家是如何知道地幔、地心里都发生了什么呢？

《地心历险记》海报 | 图源：网络
极端的高温和高压是塑造地球内部的两种力量，地幔深处中的物质承受着数十万倍大气压的高压，地核中的压力则超过100万个大气压！为了模拟地球深处的高压环境，数百年来科学家想出了各种办法。
1798年，苏格兰地质学家、地球物理学家詹姆斯·霍尔（James Hall）为了检验两种关于岩石成因的学说——“水成论”和“火成论”，把石灰岩（碳酸钙）和黏土塞进锯掉的枪管，将枪管焊死，然后将其放入加热炉中。高温条件下气体膨胀，压力可以与地下1.6千米处相当。最终他成功证明，深埋于地下的石灰岩在高压下可以加热到高温而不会分解成生石灰，从而有力地支持了“火成论”。当然，代价是加热炉的爆炸差点让他丧命。
到了20世纪50年代，美国国家标准局的科学家阿尔文·范瓦尔肯堡（Alvin Van Valkenburg）将一对被完美切割的金刚石进行配对，其中每颗金刚石的尖头都被削平，以便将压力集中在砧面。他采用了一个虎钳状设计，既可以让金刚石相互挤压以产生巨大的压力，同时也能保护晶体样品，这就是原始的“金刚石对顶砧”。1974年，科学家梅里尔和巴西特对金刚石压砧进行了改进，使其可以安装在标准的X 射线束中。
对于实验而言，每增加一次压力都会增加复杂性和困难程度，而随着量子力学的进步，量子计算使得增加100 万个大气压甚至更高的压力都很简单。