世界頑強(qiáng)存在了許多許多年,一旦開(kāi)始了適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng),萬(wàn)物便開(kāi)始行進(jìn)?!_馬共和國(guó)末期詩(shī)人 哲學(xué)家 盧克萊修
一開(kāi)始,約137億年前,所有已知宇宙中的空間、物質(zhì)、能量都被束縛在一個(gè)比筆尖小一兆倍的地方。環(huán)境如此高溫,以至于描述我們宇宙的四大基本力統(tǒng)一了起來(lái)。由于未知原因,比筆尖還小的宇宙開(kāi)始膨脹。當(dāng)時(shí)宇宙10^30開(kāi)爾文時(shí)間誕生了10^-43秒,所有有關(guān)時(shí)空的理論崩潰,變得無(wú)意義。
黑洞自發(fā)地生成、消失然后在生成,充滿能量的統(tǒng)一場(chǎng)便是他們的搖籃。在此極端條件下,根據(jù)我們推測(cè)的物理理論,時(shí)空的結(jié)構(gòu)變得嚴(yán)重蜷曲,形成了海綿一樣的形態(tài)。在這段傳奇歷史中,由愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論描述的現(xiàn)象,現(xiàn)代引力理論描述的現(xiàn)象,以及有關(guān)最小尺度物體的量子力學(xué)描述的現(xiàn)象都極其相似,無(wú)法分辨。
隨著宇宙繼續(xù)膨脹、冷卻,引力從其他基本力中分離開(kāi),隨后強(qiáng)核力與電弱力也分開(kāi)了。同時(shí)釋放了大量?jī)?chǔ)存的能量,引發(fā)了宇宙大小10^30倍的增大。宇宙的高速擴(kuò)張,也就是爆炸。拉伸、撫平了宇宙中物質(zhì)與能量的分配,使得任何區(qū)域密度的差別都小于十萬(wàn)分之一。
借助實(shí)驗(yàn)證實(shí)的物理學(xué),我們繼續(xù)前進(jìn)。這時(shí)宇宙足夠熱,使光子得以自發(fā)地將自己的能量轉(zhuǎn)化成物質(zhì)-反物質(zhì)粒子對(duì),它們一誕生便即刻湮滅。把能量還給光子,由于未知原因,物質(zhì)-反物質(zhì)的對(duì)稱關(guān)系破缺了,導(dǎo)致了物質(zhì)量稍稍超過(guò)了反物質(zhì)量。每誕生十億反物質(zhì)粒子,相應(yīng)會(huì)誕生十億零一個(gè)物質(zhì)粒子,這個(gè)非相對(duì)性很小,但對(duì)于宇宙之后的演變至關(guān)重要。隨著宇宙進(jìn)一步冷卻,電弱力分開(kāi)成為電磁力與弱核力,完成了我們熟悉的自然中獨(dú)立的四大基本功。
沐浴光子的能量不斷下降,物質(zhì)-反物質(zhì)粒子對(duì)無(wú)法再自發(fā)地從現(xiàn)有的光子中誕生了,所有剩下的物質(zhì)-反物質(zhì)粒子對(duì)迅速的湮滅了。此時(shí)宇宙只剩下一比十億的普通物質(zhì)粒子與光子,而沒(méi)有反物質(zhì)。若是物質(zhì)-反物質(zhì)的對(duì)稱破缺沒(méi)有發(fā)生,擴(kuò)張的宇宙只由光組成,別無(wú)他物。連天體物理學(xué)家也沒(méi)有,時(shí)間過(guò)去了約三分鐘,質(zhì)子中子從湮滅的活動(dòng)中集合起來(lái),成為了簡(jiǎn)單的原子核。同時(shí)自由的游離電子四處散布光子,創(chuàng)造了物質(zhì)與能量組成的湯。
當(dāng)宇宙冷卻至低于幾千開(kāi)爾文時(shí),也就是跟壁爐里余燼的溫度差不多時(shí),松散的電子足夠緩慢,被徘徊的原子核從湯中捕獲了出來(lái),形成了氫氦鋰的完整原子,三個(gè)最輕的元素。此時(shí)宇宙首次對(duì)可見(jiàn)光來(lái)說(shuō)透明了,這些自由翱翔的光子組成了我們今天可以看到的宇宙微波背景輻射。
在一開(kāi)始的十億年中,宇宙不斷膨脹、冷卻物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化成我們稱為星系的巨星聚集物。星系共形成了一百五十億至一千億個(gè),每一個(gè)都包含了幾千億在核心進(jìn)行熱核聚變的恒星,那些超過(guò)10倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星,在核心達(dá)成了足夠的壓力與溫度。得以制造數(shù)十種比氫重的元素,包括那些形成行星與生命的元素。
這些被困在恒星中的元素尷尬的毫無(wú)用處,但偶爾這些大質(zhì)量恒星會(huì)爆炸,把它們肚中多樣的元素拋灑到星系中。就這樣拋灑了七八十億年后,一個(gè)不起眼的恒星,誕生于宇宙中一個(gè)不起眼的部分中的一個(gè)不起眼的星系中的一個(gè)不起眼的領(lǐng)域,也就是室女座超星系團(tuán)的郊區(qū)。
在這個(gè)恒星系的形成期間,物質(zhì)在母體氣體云中一邊繞太陽(yáng)轉(zhuǎn),一邊聚集起來(lái)。形成太陽(yáng)的氣體云,包含了足量的重元素,足以形成一個(gè)行星系統(tǒng),幾千小行星,數(shù)十億彗星。
幾億年中,高速的彗星以及其他碎片的沖擊,使得一個(gè)巖質(zhì)行星的表面保持熔融狀態(tài)。阻止了復(fù)雜分子的形成。隨著太陽(yáng)系中待分配的物質(zhì)越來(lái)越少,行星的表面都逐漸冷卻下來(lái)。我們稱為地球的行星處在環(huán)繞太陽(yáng)的一大部分海洋能以液態(tài)存在的帶狀區(qū)域內(nèi)。如果地球離太陽(yáng)更近一點(diǎn),海洋就會(huì)汽化。地球離得遠(yuǎn)一些,海洋就會(huì)凍結(jié)。我們熟知的生命形式在這兩者中都不會(huì)誕生。
充滿各種元素的海洋中,由于一種尚不知曉的機(jī)制,產(chǎn)生了簡(jiǎn)單的厭氧細(xì)菌。它們不巧把地球充滿二氧化碳的大氣層變得富含氧氣,使好氧生命誕生。占領(lǐng)了海洋以及陸地。通常一對(duì)一對(duì)組成O2的氧原子,也會(huì)三個(gè)一起組成臭氧O3。在高層大氣保護(hù)地球,阻擋大部分傷害分子的紫外線光子。
地球上以及我們推測(cè)宇宙中可觀的生命多樣性,要?dú)w功于宇宙中大量存在的碳。以及碳基的簡(jiǎn)單與種類繁多的分子。談及分子的種類可是比其他所有分子的種類都多,我們還有什么好說(shuō)的呢。
但生命是脆弱的,地球遭遇遺留下的大型流星體,這在之前也是常見(jiàn)事項(xiàng),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)可能是滅頂之災(zāi)。僅六千五百萬(wàn)年前,六千五百萬(wàn)年僅僅是地球壽命的百分之二。一顆十兆噸隕石砸到了今天的尤卡坦半島上。毀滅了動(dòng)植物逾百分之七十的物種。包括當(dāng)時(shí)統(tǒng)治陸地的恐龍。
這場(chǎng)生態(tài)悲劇為小型的生存下來(lái)的哺乳類動(dòng)物打開(kāi)了機(jī)會(huì)的窗口。去填補(bǔ)剛剛空出來(lái)的生態(tài)位。這些哺乳動(dòng)物中擁有一個(gè)較大大腦的一個(gè)分支,也就是我們稱作靈長(zhǎng)類的動(dòng)物。演變出了一屬一種——智人。其智慧足以發(fā)明科學(xué)的方法和工具,足以發(fā)明天體物理學(xué)。去解讀宇宙的本源及演變。
是的,宇宙有一個(gè)開(kāi)端。是的,宇宙不斷嬗變。而且是的,我們身體里每一個(gè)原子,都可以追溯回大爆炸和大質(zhì)量恒星中的熱核熔爐。
我們不只處于宇宙,我們屬于宇宙,我們生于宇宙。不妨說(shuō),我們?yōu)橛钪尜x予能力,來(lái)將其自身解明。而我們才剛剛開(kāi)始。
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