闲聊宇宙

偶尔仰望星空的时候,你会想到什么呢?你想到了宇宙的博大和个人之渺小、想到了真理、公平和正义吗?如果只想到这些,你就错过了最动人的主题。

《给忙碌着的天体物理学》这本书,在很久以前就听万维钢老师解读过,它的中文版最近在得到首发,我立刻下单,到手后花了2天时间看完。看完的感觉大开脑洞,叹为观止,非常刺激。

宇宙起源于140亿年前的大爆炸。今天宇宙中的所有物质、能量都包含在一个极小的空间内,这个空间小有多小呢?比这句话末尾的这个句号的一万亿分之一还要小。

这时这个小点的温度极高,并在极短的时间内急剧膨胀。这个急剧的程度有多大呢?一秒钟过去后,宇宙的尺度已经增长到了几光年(1光年是光在1地球年里传播的距离,约10万亿千米)。

此时温度仍然非常热,期间各种粒子在不断发生着碰撞、分割、形成、湮灭、再形成、再湮灭的过程。

宇宙一直在膨胀与降温,温度降到一亿开尔文时,质子与质子及中子融合形成原子核,此时孵化出一个婴儿宇宙。从宇宙诞生开始,此时已经过去两分钟……

在第一个10亿年里,宇宙继续膨胀及冷却,物质因为引力聚集,逐渐形成星系,数量近1000亿。每个星系都包含几千亿颗恒星。

其中宇宙中一个平凡角落(室女超星系团的外围),一个平凡的星系(银河系)中,一块平凡的区域(猎户旋臂)上,一颗平凡的恒星(太阳)诞生了。

太阳系正在逐步形成,最初包含有几颗岩石行星、数以万计的小行星和数十亿颗彗星。最初的几亿年里,轨道上残留的大量横冲直撞的残留碎片以高速、高能形式被吸积到更大的天体上。

我们称之为地球的这颗行星形成于太阳周边的刚刚好区域,这里的海洋主要以液态形式存在。如果地球离太阳太近,海洋就会蒸发掉。如果离太阳更远,海洋就会结冰。无论哪种,都不会有生命存在。

早期,地球上存在大量的厌氧菌,这些厌氧菌排泄的副产品是“氧气”,这些早期的单细胞生物不知不觉地将地球上富含二氧化碳转化为了富含氧气的环境。使得后来的需氧生物得以出现成为可能。

但是生命是脆弱的。地球经常会与个头较大的彗星和小行星相撞,这每一次的相撞足以毁掉我们的生态系统。

仅仅6500万年前(距离我们的时间不到地球历史的2%),一颗百亿吨的小行星撞击了现在墨西哥的尤卡坦半岛,导致地球上70%动植物毁灭,包括著名的超级恐龙。

要不是这次大灭绝,其他的哺乳动物估计现在还是霸王龙的开胃小菜。人类就不可能出现。凡是比登机箱大的陆地物种都灭绝了,人类的祖先才有机会填补新的空缺,后来才有机会演化成哺乳动物的灵长类,其中一个属于(智人)的分支,最终拥有了足够的智慧。

虽然我们人类的智力比黑猩猩要高出很多个数量级,但是在基因上没多大的差异。目前我们还无法解释如此微小的基因差异是如何导致巨大的智力差距的。

或许从宇宙视角来看,人类和黑猩猩之间的这种智力上的差距其实很微小。我们与自然的其余部分是一个整体,我们的位置既不高于也不低于自然,而是属于自然。

就拿水来说吧。水很平常,也很重要。一个250毫升杯子里的水分子数目,比世界上所有海洋里的水按杯计算的数目还要多。这一杯水里的分子,能够匀出1500个分子到世界上的每一杯水中。不可回避的是你刚才喝的一些水,曾经流过苏格拉底、成吉思汗和秦始皇的肾脏。

我们可以毫不犹豫地断言的是,宇宙有一个开始。宇宙在继续演化。而且,我们身体里的每一个原子都可以追溯到宇宙大爆炸,以及50多亿年前发生爆炸的大质量恒星里的核聚变。

爱因斯坦的引力方程最开始已经算到了宇宙在膨胀这个结论,但是爱因斯坦为了得到一个静态的宇宙,加上了一个“宇宙常数”他用大写希腊字母Λ(读作Lambda)表示,在爱因斯坦的模型中,这个Λ的唯一作用是抵抗引力,保持宇宙平衡。

爱因斯坦发明了一个既不膨胀也不收缩的宇宙。

13年后,美国天体物理学家哈勃发现宇宙不是静止的。他发现并证明了:越遥远的星系,与银河系的相对运动速度就越快。

换言之,宇宙正在膨胀。

此时,爱因斯坦完全抛弃了Λ,称这是他一生中“最大的错误”。

最近几十年,天文学家发现宇宙存在一种与引力作用相反的力,这种“反引力”会迫使宇宙膨胀已指数形式加速。

如今在夜空中可见的遥远的星系,最终将会消失在可以企及的视野之外,而他们离我们远去的速度比光速还要快。

我们平时说的宇宙中没有任何东西的速度能超过光速,是指在空间不变的前提下。这里超过光速离地球远去的天体,它本身就是空间在变化。是宇宙结构本身承载着这些天体以这样的速度运动,而不是天体本身以超光速运动。

也许再过一万亿年,居住在我们银河系里的所有人根本就不知道还有其他星系存在。

想到这里,我们会感到深深的孤独。

认识宇宙就是重新认识自己。当觉得遇到难处或感觉自己伟大时,请抬头仰望星空。想想咱们的太阳,整个太阳系在宇宙中都只是一粒微尘,人类的烦恼算几何呢,人类的骄傲又算几何呢。

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