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论生命和宇宙起源科学认识的未定性

地球上最早的生命起源于什么时期?1999年,澳大利亚的一个古生物化学团队在一块距今27亿年的化石中发现了一种生物标志物,该发现将蓝藻最早的产生时间至少向前推进了5.5亿年,把真核细胞最早的产生时间至少推进了10亿年。岩石内的生物标志物可能在沉积物内形成之后渗入到岩石体。一些科学家相信,地球上最早的生命形态为一种单细胞体,它们被称之为原核生物体,在原核生物体之后出现了蓝藻,它是一种通过光合作用产生氧气的细菌。地球上最早的生命形态至少出现在27亿年之前。科学家曾在格陵兰岛的一块距今38.5亿年的岩石内发现了碳元素,根据碳同位素的分析,他们推测了这些碳元素不是来自于自然界的无机碳,而是来自于生物体的有机碳,科学家由此将地球生命的起源时间推进到距今38亿到40亿年之前,相当于在地球诞生之后的5到6亿年出现了最简单的生命形态,从最简单的生命细胞到最复杂的人体生命组织,地球生命至少经历了大约40亿年生生不息的演化过程,其中的人类生命史相当于地球生命史的“沧海一粟”,而人类文明史相当于人类生命史的“冰山一角”。

地球在大约46亿年前形成,经过了大约1亿年时间的逐渐冷却过程,它从一个炽热的岩浆态转变为一个冷寂的岩石态球体,呈熔融状态的高温地球在旋转过程中产生了物质的“分层效应”,重元素的物质下沉到地球的中心,凝聚为地核;轻的元素物质上浮,聚合为地幔和地壳。地球的原始地壳在大约38亿年前形成,月球表面的岩石与地球地壳的年龄相同。在古老的原始地球出现了原始的海洋、大气圈和大陆地貌,那时的地球表现了剧烈的地质活动,熔岩四处喷涌、流淌,火山喷发频繁、急促,地球“炼狱”的景观好像今日“葬身火海”的金星。就像在今日金星的表面不可能出现生命活动的痕迹一样,在地球诞生之后的数亿年不可能生长生命的萌芽。地球在41亿年到38亿年之前遭遇了不间断的小行星与彗星的撞击,月球在同一时期同样遭受了大量小行星和彗星的轰击,在月球表面留下了连绵的陨石坑。

地球生命的起源存在很多种假说和猜想,我们将地球生命起源的学说概括为两大类型,第一种类型是宇宙生命论、或生命外在论,第二种是地球生命论、或生命内在论。宇宙学家普遍相信生命来源于外太空的观点。2013年,德克萨斯理工大学的古生物学家提出了一种生命起源于极早期地球陨石坑的“坩埚理论”,在外太空孕育的生命有机分子、或“生命种子”从天而降,原始的外太空生命分子随着彗星和小行星撞击地球的天文事件到达了极早期地球的陨石坑,大约在40亿年前,最早的地球陨石坑集聚了生命分子、水、地热能量和构成生命物质的各种化学元素,铸造第一个简单生命体的陨石坑好似一个“生命熔炉”、或炼制生命细胞的化学“坩埚”。生命内在论是一种化学起源的学说,地球的非生命物质在“阳光雨露”的环境中经过了极其漫长的化学反应过程,最终形成了“从无到有”的生命有机体。1953年,美国芝加哥大学的研究生在导师的指导下完成了著名的“米勒实验”,该实验证明了原始地球在电闪雷鸣的大气中能够产生有机物质氨基酸,通过无机物质的大气混合物合成了有机物质的小分子,生命起源的化学反应学说得到了实验的检验。

宇宙是怎样起源的?目前,宇宙起源的主流理论为美籍俄罗斯物理学家伽莫夫以广义相对论为基础在1948年提出的宇宙大爆炸学说,美国天文学家哈勃通过星系光线的红移现象发现了宇宙大膨胀,对宇宙光线的红移、宇宙微波背景辐射、宇宙元素物质的丰度的天文观测有力地证实了宇宙大膨胀现象,在宇宙发生大爆炸之前,科学家不知道物质和能量、时间和空间为何物、或者宇宙学家不能描述宇宙的“史前史”,某种未知的量子真空涨落机制和能量时间关系的“不确定性原理”导致了一个几乎无限密度、无限压力和热辐射的“宇宙奇点”发生了“势不可挡”的宇宙大爆炸,从宇宙诞生的“普朗克时间”到大约137亿年后的今日宇宙,物质结构完成了从夸克到原子核、从原子到分子、从行星、恒星到星系、从无机生命体到有机生命体的各种演变过程,

宇宙的起源存在很多种假说和猜测的模型,我们将宇宙起源的学说概括为两大类型,第一种是单一宇宙起源的类型,第二种是多重宇宙起源的类型。1980年,美国的物理学家、宇宙学家阿兰·古斯在热大爆炸理论的基础上进一步提出了宇宙极早期的暴涨模型,宇宙在诞生时刻的膨胀速度远超过了光速,在10的负34次方秒的时间,宇宙的空间体积扩大了10的78次方倍。古斯的暴涨模型允许宇宙的物质和能量“无中生有”,真空状态不是一种一无所有的“虚无”,宇宙的真空能量实际上高于宇宙物质的引力能量,真空能量是一种特殊的、以量子理论描述的物质和能量的形式,量子化、虚无化、反引力性的真空能量在量子尺度的时空引起了极早期宇宙的暴涨,在宏观星系的尺度引起了后期宇宙的加速膨胀。2017年,普林斯顿大学的斯坦哈格特提出了一种多重宇宙的碰撞学说,我们的宇宙表现为四维时空,它是由两个三维的宇宙经过大碰撞形成的,“双宇宙”的碰撞模型、或“影子模型”与伽莫夫的宇宙大爆炸理论和古斯的暴涨理论有很大的分歧,“大碰撞理论”认为宇宙起源于两个“原始宇宙”的大碰撞,而“大爆炸理论”认为宇宙起源于一个“奇点”突发性的暴涨。

生命起源的“地球论”和“太空论”符合哲学起源论的“等效原理”,构成生命物质的氨基酸即可能从小行星和彗星在撞击地球时产生,也可能通过早期地球自然的“米勒实验”出现。宇宙起源的“奇点论”和“多重宇宙论”符合哲学起源论的“等效原理”,从单一的量子宇宙模型和多重的宏观宇宙模型都能得到现在的宇宙状态,在多重宇宙“大碰撞”的模型中,两个三维的宇宙在超级大碰撞的过程中“粘合”起来,大碰撞的双宇宙动能转换为一个宇宙的“暴涨”能量,夸克和电子、光子和中微子以超光速的运动向外膨胀。既然存在地球生命起源的“内在说”和“外在说”、或生命起源于地球自身无机物质、水和地热能、电能在特定条件下发生的化学反应和生命起源于彗星、小行星撞击地球之后带来的“生命种子”,那么我们目前不能判断生命究竟是起源于地球、还是起源于外太空,地球生命来源的不确定性反映了哲学认识论的“不确定性原理”、或“认不准原理”。既然存在宇宙起源的“大爆炸理论”和“大碰撞理论”、或宇宙起源于单个“奇点”的暴涨和宇宙起源于多重宇宙相互作用的“大碰撞”,那么我们目前不能判断宇宙究竟是起源于单个宇宙、还是起源于多重宇宙,宇宙起源的不确定性反映了哲学认识论的“不确定性原理”、或“认不准原理”。到目前为止,宇宙学的两个基本问题:生命的起源和宇宙的起源仍然在人类的科学认识能力之外,人类对生命和宇宙的认识远未到“科学的终结”的时候。地球生命和宇宙起源的“未定性”符合哲学不确定论的“等效原理”。

宇哲手稿:邓如山

时间:2019-5-17

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