宇宙万物到底来自哪里,人文笔记

世界上所有的文明和宗教都有自己的创世说,用以描述我们来自何方,如何到达人世间,死后又将去往何处。不过物理学上的“创世说”,完全遵循物理学以及宇宙学的规律,告诉我们人体的组成和人类的诞生。事实上,它诠释了世间万物的组成和来源,同时也满足了人类试图探求更为宏观的事物的本性,不是探究自身的生与死,而是星球的存或亡!

1. 什么是历史

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构成人体的每一个小原子并非在地球上形成,而是在星球史诗般的生命循环中,拜辽阔的太空所赐。上图中的创世之柱星云诞生了无数恒星。在辽阔的太空中,星云是恒星孕育场,许多新星在星云中欲火重生,这些恒星会燃烧几十亿年,贪婪地吸收能量,直到发生爆炸形成巨星。巨星的能量超过太阳数百倍,当恒星死亡时,将发生宇宙中最强烈的大爆炸!

历史,不仅仅是曾经发生过的事,它需要被记录或被解读,它必须有受众、必须有后人的参与;历史,是由人再构建的过程。例如:某朝某代某郡某县某小河边某不知名小男孩独自往河里打水漂扔了2块或3块石子,若它无人知晓无人记载,那么这件事虽然发生过,但并不叫做历史。

但是想要了解星球创造人类的过程,我们要先从地球上说起。喜马拉雅山脉的每座山峰海拔都超过了6500米,那是非常壮观的景象。但令人难以置信的是,几千万年前那片山脉完全是另外一副模样。

研究历史,不仅有角度的不同,还有尺度的差别——历史不仅仅是秦汉元明清,也不仅仅是古印度、古巴比伦、古埃及,也不只是石器时代、恐龙时代……

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我努力着以更大的尺度、全新的方式去思考过去;追随科学家们的研究,不仅可以了解过去几千年的人类史,而且能够知晓数亿年前的过去,包括生态圈、地球以及整个宇宙的历史。希望自己的视野可以扩展到整个过去的历史!

喜马拉雅山脉原本并不是山,如果你走进它仔细观察,就能找到山脉起源的蛛丝马迹。科学家们仔细研究过喜马拉雅山脉的石灰岩,发现那里的石灰岩有一些白色颗粒状结构,那是因为石灰岩的主要成分来自于生物尸体,比如海洋生物死后留下的空壳,珊瑚和珊瑚虫等,它们死去以后被巨大的水压挤压变形,最终形成沉积石灰岩,也就是说,喜马拉雅山脉原本有生命存在,这座山川的绝大多数石头都是在海底形成的。

2. 什么是大历史

几百万年前,地壳被抬升,形成了这些高耸入云的山脉,科学家甚至在珠穆朗玛峰顶上找到了化石,这是从诞生伊始至今地球上的物质无休止循环的真实写照,而我们也是其中的一份子,我们身体中的每个原子曾经都属于其他事物,一棵古树或是一只恐龙,或者是一块岩石。


地球上的岩石之所以能够演化成生物,生物死后又回归泥土,其原因就在于构成它们的要素别无二致,那就是化学元素,构成地球上一切事物的组成元件,比如氢,氦,锂,氧,氟,氖,钠,镁……

大历史考察的,不仅仅是人类或者地球的过去,而是整个宇宙的过去。

万事万物均由这些固定的化学元素构成,只是其组合方式有所不同。有个充分的理由能够说明为什么很多元素在自然界罕有单质形式存在,因为它们太活泼了。比如说钠,它是一种银白色的活泼金属,事实上它已经活泼到当你把它丢进水中时,它会发生剧烈的变化,几乎是爆炸性的反应。令人惊奇的是,当钠与氯结合时,却会生成氯化钠,也就是生物不可或缺的盐!

上下四方为宇,古往今来为宙;宇宙,是万物的总称,是时间和空间的统一,它始于138亿年前的大爆炸。在此之前,没有时间,也没有空间,这一时刻,是万物历史的开端。

这些元素的活泼属性使之能够与其他元素结合成新的物质,就这样,这些元素也造就了地球上物种的多样性,其中就包括人类。

在宇宙产生之前,不是零,而是无穷,人类尚不能真正理解的无穷——空间无限小、物质无限多、密度无限大、温度无限高。

3. 宇宙的起源——大爆炸理论


大爆炸的进程:

  1.  
     大约138亿年之前,太空一开始可能不会比一个原子大,却是不可思议的炽热。这一点并不奇怪,因为这个原子大小的空间,包含了今天宇宙中所有的能量。它的温度如此之高,以至于物质和能量可以相互转换;能量不断聚集形成物质粒子,物质粒子也不断地再次转变成能量。爱因斯坦的相对论证明,物质和能量实际上是同一种物质的不同形式。

  2.  
     在某一个时刻(宇宙出现之后1/1027秒),早期宇宙极速扩张。在这种“膨胀”(明显快于光速,虽然物体移动的速度不会超过光速,但空间膨胀的速度可以远远快于光速)结束之际,宇宙很可能与今天宇宙中一个星系的大小相当。

  3.  
     在一秒钟的极小一部分时间内,作为相变的结果,四中基本的能量形式得以出现——它们是引力、电磁力、强核力和弱核力,除了这4种力之外,物质的基本成分也出现了,包括暗物质(我们真的不了解它)和原子物质。

  4.  
     在最初的20分钟时间里,物质和能量开始呈现出更稳定的形式。质子已经出现,大约25%的质子发生核聚变,并且与中子结合形成氦原子核。数量极少的质子聚变形成锂原子核,不过,由于宇宙冷却的速度过快,以至于无法发生更多聚变。物质此刻以一种等离子的形式存在,那是一种炽热的、气体般的状态,在那种状态下,质子和电子还没有结合在原子中(今天,相同的等离子状况也存在于恒星的核心)。

  5.  
     等离子几乎存在了38万年(这大约是人类在地球上生活时间的两倍)。这时,宇宙变得温度更低(达到3000度)、更柔和,带正电的质子和带负电的电子之间的电荷可以强大到足以把他们结合在一起。突然间,一个临界温度值被跨越,宇宙中质子和电子结合起来形成电中性的原子,由于质子和电子的相反电荷相互抵消,整个宇宙似乎一下子丧失了它的电荷。当电荷网络消失了,光子便可以在宇宙中自由运动——我们称之为为宇宙放晴(是不是很形象:光可以透过,像天空放晴一样)。

科学家提供了很多支持宇宙大爆炸的证据,当然,也有很多质疑大爆炸宇宙学的问题被提出来;然而,当前还不存在真正能够与之相媲美的理论,它成功地解释了与宇宙相关的大量问题,尤其是针对“宇宙是如何开始的”这一基本问题。

宇宙大爆炸对我们有什么意义?

在宇宙大爆炸刚开始的那一瞬间,宇宙的基本规则形成了。宇宙的基本规则是力学——四大力:引力、电磁力、强核力和弱核力,这四大力使得物质可以结合在一起,从而构成了宇宙的一切,而且,包括光速、量子物理、相对论等等所有的法则,都是在大爆炸那一刻开始的。这些规则对人类是有意义的,因为我们无法违反。

宇宙为何如此精妙?

宇宙中存在着无数个精密的巧合,如何解释这些精密,可以用人择宇宙学原理来解释——

问:为什么我们的宇宙是这样的?

答:因为这样的宇宙才允许类似人类的智慧物种存在,才有可能会有生物意识到有宇宙这个概念。

这个原理很复杂,但简而言之,即谓正式人类的存在,才能解释我们这个宇宙的种种特性,包括各个基本自然常数。因为宇宙若不是这个样子,就不会有我们这样的智慧生命来谈论它。

补充:人择原理分为三种:弱人择原理、强人择原理和终极人择原理。

4. 恒星和星系的出现


在大爆炸发生几十万年之后,宇宙是非常简单的,大多数原子物质以氢原子和氦原子构成的巨大星云的形式存在,当时,没有星系,没有恒星,没有行星,当然也没有生命有机体。除了来自宇宙背景辐射的微弱光亮,整个宇宙漆黑一片。

然而,几亿年之后,宇宙包含了巨大的光带:最初的星系。每一个星系都由几十亿个光点组成,那些光电就是最初的恒星。星系和恒星的演化是更复杂的事物(包括行星、细菌以及人类)演化的第一步,恒星是其他化学元素出现的最关键因素。因此,要想了解宇宙中更复杂事物的出现,我们首先得考察恒星和星系的演化。

最初的恒星是如何出现的呢?

这要往回说到引力(四大力之一),宇宙中,在物质碰巧稍多的地方,引力也就更强大,它将这些区域向内挤压,由暗物质和原子物质构成的巨大星云开始向内部塌缩,从而密度增加、从而温度增高,这是年轻宇宙生命中的新现象,因为在此之前宇宙一直是在冷却的。这些星云内部的原子因高温而获得能量,他们开始以更快速度运转,并且更频繁和更猛烈地相互撞击。然后,在大约1000摄氏度,一道关键的门槛被跨越,质子碰撞得如此猛烈,以至于克服了质子之间由于都带正电荷而存在的排斥力,它们聚合在了一起(一旦两个质子足够接近,它们就会通过强核力结合子一起)。结果,就是氦原子核的出现,它由紧密结合的两只质子和两个中子组成。质子碰撞形成氦原子核的过程,就是核聚变。恒星,便是由核聚变点亮的!

当新的氦原子经过聚变而形成时,正在塌缩的原子星云的核心产生了巨大热量。每个星云核心的这种大熔炉,组织了星云进一步塌缩,并且让它稳定下来。在早期宇宙中,当这个过程在巨大的、不断塌缩的物质星云中不断重复出现时,最初的星系就出现了,他们有几十亿颗恒星组成,宇宙也逐渐变得明亮。

恒星不但在其周围区域创造出巨大的能量流,也创造新物质,新的化学元素。这些化学元素至关重要,因为有了它们,才有可能新的、更复杂方式将原子结合起来,从而创造出新的物质,宇宙在化学上才可以变得更复杂。

5. 太阳、地球、月球的出现


和所有恒星一样,太阳也是在一个巨大的分子星云塌缩中形成的,塑造太阳系的星云,大约出现在大约50亿年之前。太阳这个巨大的火球,让地球上所有生命的存在成为可能。

令人着迷的,乃是太阳发出光的方式——在它的核心,它正在将氢转变成氦,在这种转变中,它把自己的一部分质量转换成能量。每一秒钟,400万吨的太阳质量被转化成光。

在恒星周围,物质很多,这些物质依靠引力,聚合成为行星;地球便是其中之一。

在靠近恒星的地方,水只能以气态存在,因此,这些地方的行星只能由金属和岩石形成;在远离恒星的地方,水能够以冰态存在,因此,在那些地方,可以存在冰球(由冰和岩石组成的行星)。

地球为什么如此与众不同?

  1.  
     地球周围有月球;月球使得地球更加稳定,没有月球地球的自转轴将永远不定。

  2.  
     地球所处的位置好;离太阳不远不近,水能够以液态存在(物质容易发生化学反应的前提);

  3.  
     地球上有很多碳;碳是组成有机物的核心要素,因为它可以作为各种元素间沟通的桥梁,就像化学反应中的交际花一样,它可以和各种各样的元素结合,形成非常复杂的东西,包括有机物;

  4.  
     地球有地壳板块;进而地球才会出现火山喷发,火山喷发虽然看似危险,但长期的、不断的火山喷发却可以逐渐使得当时那个被冰厚厚包裹住(液态水在冰层之下)的地球逐渐融化。在寒武纪(注明的生物大爆发时代)之前,经过了很长很长的时间,才使得地球从寒冬迎来春天。

除了以上种种不可或缺的要素,还有一个关键的要素——时间!

地球有46亿年的历史,尚且只是宇宙历史的1/3,只有经过如此漫长的时间,各种自然生物才得以形成、演化,直至出现人类,进而发展出文明。

细思之下,我们每个人生命那短暂的几十年,何其巧合、又何其短暂。珍惜生命,因为它来之不易;看淡生活中的得失,因为与历史进程相比,那些实在无足轻重!

下节课主题预告:生命的起源

 

 

 

 

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