黃啟新
碳（carbon）是所有的有機分子的重要元素，地球上所有已知的生物都是碳基生物。換句話說，沒有碳，所有生物（包括人類）就不會存在。
所有重元素1都是在恆星內部通過恆星核合成（stellar nucleosynthesis）產生的，而碳是由三個氦-4（helium-4）原子核（亦稱為α粒子）合成的，這個過程稱為「3氦過程」（Triple-Alpha Process）。然而天文學家在一九五零年代卻發現3氦過程必須有一個不可思議的「巧合」才能夠成功的。
在恆星核合成過程裡，一個恆星首先將兩個氫（hydrogen-1）原子核融合成氘（deuterium）原子核，並釋放出一個正電子和中微子。然後氘和氫原子核融合成氦-3（helium-3），並釋放出一個光子：
1H + 1H → 2H + e+ + νe （1）
2H + 1H → 3He + γ （2）
之後氦-3原子核通過幾個可能的步驟合成氦-4原子核。我們的太陽主要利用以下的步驟合成氦-4：
3He + 3He → 4He + 1H + 1H （3）
然後恆星就會繼續把兩個氦-4原子核合成鈹-8（beryllium-8）原子核，而鈹-8原子核再加上一個氦-4原子核就會得出一個碳-12原子核：
4He + 4He → 8Be （4）
8Be + 4He → 12C + γ （5）
這看起來好像很合理的核合成過程卻有一個極大的問題，因為鈹-8是極之不穩定的，其半衰期大約為8×10−17秒。亦即是說，每0.00000000000000008秒就有一半的鈹分裂成較為輕的原子核。因此鈹-8和氦-4合成碳-12理應是極度困難的。
另外還有一個方法可以合成碳：就是以三個氦原子核「同時」踫撞並合成碳。
4He + 4He + 4He → 12C （6）
可是三個原子核「同時」踫撞的可能性十分之低，因此這過程是極為罕見的。因此，其於上述兩個問題，理論上碳是不可能產生的。
然而事實上，你（一個碳基生物）正在看這篇由我（另一個碳基生物）所寫成的文章，由此可見碳在自然界一定有很高的豐度。究竟這怎麼可能呢？
原來關鍵就在於「能量共振」。原來當兩個原子核發生碰撞時，如果其能量總和2剛好對應新原子核的自然能階的話，新原子核就能夠隨後放出光子並下降至最低的能階（以達至最穩定的狀態），那麼該核合成過程就會非常有效，核合成的可能性就會大大增加。
英國天文學家霍伊爾（Fred Hoyle）於一九五四年提出，因為碳在大自然確實存在，因此鈹，氦和碳之間必定有一個共振存在，以致核合成過程（4）和（5）能夠有效地完成。於是霍伊爾根據鈹，氦和碳的質量能量，以及恆星內部溫度去預測碳一定有一個當時未知的能階。實驗結果證明碳真的有一個比計算值高4%的能階，而因為所有原子核都具有動能，所以這4%的能量差很容易由動能提供。碳這個共振能階大大提高了3氦過程的機會。
有一點值得注意的是：假設萬一碳的那個能階比鈹和氦的總能量「低」（而不是高）4%的話，碳就不可能產生，因為動能不可能是負數的。這個問題就正正發生在氧（oxygen）身上。
要生成氧，恆星必須將一個碳-12原子核和一個氦-4原子核融合。
12C + 4He → 16O + γ （7）
問題是最接近碳氦能量總和的氧共振能階比該總和「低」1%。這意味著在氧合成的過程裡共振不會發生。雖然氧仍然能夠在恆星內部合成，但因為其效率不及碳合成高，所以相比碳，只有小量的氧在這個階段產生。
這就是另一個不可思議的「巧合」。
試想想，假設那個氧能階高1%（即與碳氦能量總和一樣）會有什麼後果？這樣的話恆星內差不多所有的碳都會變成氧，然後再變成其他重元素，亦意味著像我們人類等的碳基生命就不會存在。
霍伊爾是一位無神論者，但面對這兩個不可思議的「巧合」，他亦不得不承認最合理的解釋是有一位超智慧者在背後設計。他寫道3：
「這些事實的常識解釋使人聯想到有一超智慧者在玩弄著物理學、化學和生物學，和在大自然中沒有值得一提的盲目力量。從這些事實計算出的數字對我來說如此勢不可擋，差不多毫無疑問地得出這個結論。」
其實除了3氦過程多，科學家在過去數十年還發現大量其他的精確微調證據，以證明人類以至整個宇宙的出現並非出於「巧合」，而是出於一位造物主的精心設計，而霍伊爾所說的那位超智慧者就是上帝。
正如詩篇104:24所說：
「耶和華阿、你所造的何其多、都是你用智慧造成的．遍地滿了你的豐富。」
下次當我們看見燒烤碳、鉛筆芯、鑽石4，又或者照鏡看見自己，請不要忘記感謝上帝的精心創造。
1 重元素是指所有比氫和氦重的元素。
2 能量總和包括質量能量和動能，再減去核結合能（binding energy）。
3 Fred Hoyle, "The Universe: Past and Present Reflections." Engineering and Science, November, 1981. p.12.
4 碳、鉛筆芯（石墨）和鑽石三者都是由碳原子所組成。
简体中文 (中国)