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科学揭秘:万物起源的简史

2015-09-20

世界顽强存在了许多许多年,一旦开始了适当的运动,万物便开始行进。——罗马共和国末期诗人 哲学家 卢克莱修

一开始,约137亿年前,所有已知宇宙中的空间、物质、能量都被束缚在一个比笔尖小一兆倍的地方。环境如此高温,以至于描述我们宇宙的四大基本力统一了起来。由于未知原因,比笔尖还小的宇宙开始膨胀。当时宇宙10^30开尔文时间诞生了10^-43秒,所有有关时空的理论崩溃,变得无意义。

黑洞自发地生成、消失然后在生成,充满能量的统一场便是他们的摇篮。在此极端条件下,根据我们推测的物理理论,时空的结构变得严重蜷曲,形成了海绵一样的形态。在这段传奇历史中,由爱因斯坦的广义相对论描述的现象,现代引力理论描述的现象,以及有关最小尺度物体的量子力学描述的现象都极其相似,无法分辨。

随着宇宙继续膨胀、冷却,引力从其他基本力中分离开,随后强核力与电弱力也分开了。同时释放了大量储存的能量,引发了宇宙大小10^30倍的增大。宇宙的高速扩张,也就是爆炸。拉伸、抚平了宇宙中物质与能量的分配,使得任何区域密度的差别都小于十万分之一。

借助实验证实的物理学,我们继续前进。这时宇宙足够热,使光子得以自发地将自己的能量转化成物质-反物质粒子对,它们一诞生便即刻湮灭。把能量还给光子,由于未知原因,物质-反物质的对称关系破缺了,导致了物质量稍稍超过了反物质量。每诞生十亿反物质粒子,相应会诞生十亿零一个物质粒子,这个非相对性很小,但对于宇宙之后的演变至关重要。随着宇宙进一步冷却,电弱力分开成为电磁力与弱核力,完成了我们熟悉的自然中独立的四大基本功。

沐浴光子的能量不断下降,物质-反物质粒子对无法再自发地从现有的光子中诞生了,所有剩下的物质-反物质粒子对迅速的湮灭了。此时宇宙只剩下一比十亿的普通物质粒子与光子,而没有反物质。若是物质-反物质的对称破缺没有发生,扩张的宇宙只由光组成,别无他物。连天体物理学家也没有,时间过去了约三分钟,质子中子从湮灭的活动中集合起来,成为了简单的原子核。同时自由的游离电子四处散布光子,创造了物质与能量组成的汤。

当宇宙冷却至低于几千开尔文时,也就是跟壁炉里余烬的温度差不多时,松散的电子足够缓慢,被徘徊的原子核从汤中捕获了出来,形成了氢氦锂的完整原子,三个最轻的元素。此时宇宙首次对可见光来说透明了,这些自由翱翔的光子组成了我们今天可以看到的宇宙微波背景辐射。

在一开始的十亿年中,宇宙不断膨胀、冷却物质逐渐转化成我们称为星系的巨星聚集物。星系共形成了一百五十亿至一千亿个,每一个都包含了几千亿在核心进行热核聚变的恒星,那些超过10倍太阳质量的恒星,在核心达成了足够的压力与温度。得以制造数十种比氢重的元素,包括那些形成行星与生命的元素。

这些被困在恒星中的元素尴尬的毫无用处,但偶尔这些大质量恒星会爆炸,把它们肚中多样的元素抛洒到星系中。就这样抛洒了七八十亿年后,一个不起眼的恒星,诞生于宇宙中一个不起眼的部分中的一个不起眼的星系中的一个不起眼的领域,也就是室女座超星系团的郊区。

在这个恒星系的形成期间,物质在母体气体云中一边绕太阳转,一边聚集起来。形成太阳的气体云,包含了足量的重元素,足以形成一个行星系统,几千小行星,数十亿彗星。

几亿年中,高速的彗星以及其他碎片的冲击,使得一个岩质行星的表面保持熔融状态。阻止了复杂分子的形成。随着太阳系中待分配的物质越来越少,行星的表面都逐渐冷却下来。我们称为地球的行星处在环绕太阳的一大部分海洋能以液态存在的带状区域内。如果地球离太阳更近一点,海洋就会汽化。地球离得远一些,海洋就会冻结。我们熟知的生命形式在这两者中都不会诞生。

充满各种元素的海洋中,由于一种尚不知晓的机制,产生了简单的厌氧细菌。它们不巧把地球充满二氧化碳的大气层变得富含氧气,使好氧生命诞生。占领了海洋以及陆地。通常一对一对组成O2的氧原子,也会三个一起组成臭氧O3。在高层大气保护地球,阻挡大部分伤害分子的紫外线光子。

地球上以及我们推测宇宙中可观的生命多样性,要归功于宇宙中大量存在的碳。以及碳基的简单与种类繁多的分子。谈及分子的种类可是比其他所有分子的种类都多,我们还有什么好说的呢。

但生命是脆弱的,地球遭遇遗留下的大型流星体,这在之前也是常见事项,对生态系统可能是灭顶之灾。仅六千五百万年前,六千五百万年仅仅是地球寿命的百分之二。一颗十兆吨陨石砸到了今天的尤卡坦半岛上。毁灭了动植物逾百分之七十的物种。包括当时统治陆地的恐龙。

这场生态悲剧为小型的生存下来的哺乳类动物打开了机会的窗口。去填补刚刚空出来的生态位。这些哺乳动物中拥有一个较大大脑的一个分支,也就是我们称作灵长类的动物。演变出了一属一种——智人。其智慧足以发明科学的方法和工具,足以发明天体物理学。去解读宇宙的本源及演变。

是的,宇宙有一个开端。是的,宇宙不断嬗变。而且是的,我们身体里每一个原子,都可以追溯回大爆炸和大质量恒星中的热核熔炉。

我们不只处于宇宙,我们属于宇宙,我们生于宇宙。不妨说,我们为宇宙赋予能力,来将其自身解明。而我们才刚刚开始。



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来自:苏睿思  > 宇宙星空
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