萬物起源
宇宙
這是一切起源的起源
卻並沒有那麼顯而易見
它隱藏在廣義相對論方程組的一個解中
直到大約一百年前才被發現
當時，宇宙學家勒梅特首先提出
宇宙誕生於一種極致密、極熾熱的極端狀態
反對者諷刺地將這一理論稱爲宇宙大爆炸
最終它卻成了家喻戶曉的名字
在大爆炸發生的那一刻
宇宙所有的質量壓縮在無窮小的體積裡
空間和時間並無區別
這就是奇點
此時的宇宙超越了目前已知的所有物理學的範疇
我們需要一種新理論
統一廣義相對論與描述微觀世界的量子理論
但迄今爲止，還沒有任何一種
可被檢驗的“萬有理論”出現
對奇點本質的探索暫時也仍遙不可及
粒子
宇宙誕生後很短很短的一段時間裡
新事物、新現象層出不窮
它們缺一不可
否則我們今天就不會存在
其中最至關重要的
就包括 基本粒子 的誕生
我們可能會把粒子想象成一顆顆小球
在大多數情況下這種想象沒什麼問題
但並不代表它是對的
當我們真正開始思考粒子時
纔會發現它甚至不是最基本的
20世紀逐步建立起的量子理論告訴我們
宇宙其實是由 量子場 構成的
每一種粒子背後都有相應的量子場
粒子就像是這些場中泛起的“漣漪”
在宇宙誕生之初極高的溫度下
所有場都有相同的性質
直到環境逐漸冷卻
希格斯場 獲得了一個非零數值
並有能力賦予其他粒子質量
不同場的差異也由此顯現
演變成了今天我們所見的物質場和基本力場
在一些物理學家眼中
粒子這個詞就像一座漂浮在海上的冰山
我們理解的只是海面之上的一小部分
而水下還有大量沒能被完全理解的性質、概念和現象
粒子物理學標準模型解釋了
基本粒子和基本力的諸多本質
但它帶來的問題甚至遠比答案還要多
恆星
宇宙的這場電影並不是勻速放映的
在大爆炸誕生之初的不到一秒裡
新鮮事物噴井式涌現
之後便進入了一段慢速播放的漫長時光
在宇宙誕生後的幾十萬年間
物質和能量糾纏拉扯
直到大爆炸後的38萬年
原子終於開始凝結
光子可以自由穿梭
這也是我們能“看”見的最遠的宇宙
隨後，原子非常非常緩慢地聚集
形成越來越大的原子團
就像滾雪球效應一般
更大的原子團產生更強的引力作用
從而吸引更多原子
無數原子構成了星際塵埃的微粒
緻密的氣體和塵埃又進一步組成雲團
當雲團密度足夠大時
就會在自身引力作用下坍縮
引力勢能轉化成熱能
第一顆恆星就此被點亮
已經存在了數億年的宇宙
終於迎來了黎明的曙光
元素
隨着時間的推移
宇宙的結構越加複雜
新事物不斷涌現
更小的粒子通過不同的方式重新組合
讓原本單調的宇宙逐漸豐富
在大爆炸後的15分鐘裡
大爆炸核合成帶來了第一批化學元素
當時只有氫、氦和少量的鋰
但隨着膨脹的宇宙迅速冷卻
並沒有繼續出現更重的元素
接下來，恆星的誕生帶來了一個新的篇章
恆星核合成緩慢而穩定
持續了數十億年之久
恆星內部發展出了洋蔥一樣的圈層結構
製造出從對生命至關重要的碳、氧
一路到更重的鐵
在恆星生命的終章
超新星爆發創造出了宇宙射線
產生了中子星殘骸
帶來了中子星併合事件
還有小質量恆星演化出的白矮星
所有這些過程都在不斷豐富元素的組成
元素在宇宙中誕生
它們的排列帶來了更深層的宇宙秩序
這些元素最終成了你我的一部分
你我皆來自星辰
地球
我們從沒見過這樣一顆行星
它離中心恆星不遠不近
溫度適宜，水源充沛
它有磁場和大氣的保護
這裡的一切都如此生機勃勃
地球脫胎於一段混亂而暴力的歷史進程中
大約45億年前
在早期太陽系原行星盤中
無數劇烈碰撞、合併
讓一個不起眼的星子迅速成長
無數災難性的碰撞事件
卻恰到好處地孕育出了一系列巧合
地球早期歷史上一次近乎毀滅性的撞擊
卻無意間穩定了地球軌道
誕生了地球唯一的長期衛星
讓地球擁有了如今的條件
即使現在已經發現了數千顆系外行星
地球仍然顯得如此的獨一無二
但我們真的是宇宙中
唯一的幸運兒嗎
生命
如果說我們對宇宙的誕生
僅僅有了一些初步的認識
那麼對生命起源的瞭解
可能只有一片無法解釋的空白
主流學說認爲
生命很有可能起源於
約40億年前地球最後的主要增長階段和
約38億年前最早的已知化學化石形成之間的兩億年中
生物發生的第一步
首先需要大量“零件”
包括氨基酸、脂類、糖等等
1953年
迄今爲止最著名的生物發生實驗
改變了人們對前生命合成的看法
實驗表明
早期地球一定富含着生命的基本分子
將生命起源追溯到
達爾文筆下那個“溫暖的小池塘”中
1953年的實驗或許“過於成功”
以至於不少人誤以爲
生命起源之謎基本已經被解開了
但答案顯然沒有那麼簡單
隨後更多發現表明
生命的存在遠比人們想象的廣泛
即使在各種極端環境中
無論是酸性的池塘
沸騰翻滾的火山口
冰天雪地的極地
甚至暗無天日的海底
依舊無法阻擋生命蓬勃的腳步
生命的“零件”散佈宇宙的各個角落
爲什麼一定是那個“溫暖的小池塘”呢？
更進一步來說
又爲什麼只限制在地球上呢？
細胞
除了生命起源本身
生物學中還存在着另一個核心的“黑洞”
在細胞層面來說
我們和很多生物並沒有什麼區別
地球上的生命形式豐富多彩，複雜奇特
但所有複雜生命
卻擁有一個共同的祖先
它從簡單的細菌進化而來
一出場就已經是一個非常複雜的細胞
甚至與你現在所見的細胞相差無幾
這份複雜性不僅遺傳給了你我
也遺傳給了各種植物、鳥類、爬行動物
所有複雜生命共享着同一套細胞特徵
根據 馬古利斯 的顛覆性理論
複雜細胞實際上來自一場合作共贏
細胞之間密切合作
直到徹底融爲一體
也就是 內共生
一些科學家進一步認爲
是一次罕見的內共生事件
打破了限制
開啓了複雜細胞的演化
但這究竟是一次偶然
還是無數次嘗試後的“必然”
關於這個問題及其背後所有細節的爭論
從未平息
物種
我們非常喜歡給各種東西分類、貼標籤
對生物來說同樣如此
生物分類學家的任務
就是將不同物種分類到不同的組別之中
形成有層次的分類系統
根據達爾文的理論
物種的形成來自於微小變化的累積
一點點看似不起眼的變化
在時間的催化中
演變成巨大的差異
最終帶來了生殖隔離
形成新的物種
讓地球上的所有生命從共同的起點
分化成如今枝繁葉茂的生命之樹
但很多人沒有意識到的是
進化的本質恰恰意味着
生物其實無法劃歸出整齊的類別
即使是達爾文也曾夢想着
有一天生物學家在研究時不用再煩惱
哪些動物應該歸於哪個物種
事實上，許多現代生物學家也是這麼做的
從哲學角度思考
生命是一張緊密交織的巨大的網
或許從來都不存在“人類”物種這一說
性
從鸚鵡到貓咪，從蜜蜂到植物，再到人類
性無處不在
有性繁殖這種形式
應該在進化早期就已經出現了
並一直維持到現在
但這非常有爭議
從進化角度來看
性其實需要付出高昂的代價
有性繁殖這種方式效率低下
只有半數個體能產生後代
而且需要兩個性別恰當的個體參與才能完成
但進化理論同樣告訴我們
進化背後的巨大推手是自然選擇
性之所以能夠被廣泛保留下來
背後一定有某種不可避免的原因
關於性更有趣的是
即使放眼整個生物界
人類的性行爲仍是那麼獨樹一幟
我們和類人猿以及其他祖先的性行爲完全不同
對我們來說
性和生育被完全分開了
性可以給我們帶來強烈的愉悅感
也常常帶來痛苦
而這背後也一定有
某種獨特的進化力量推動着
語言
如果有一種最顯著的特徵
讓我們成爲人類
或許就是我們的發音單詞的能力
換言之，就是語言
我們用語言傳達自己的想法和感受
並用語言影響着他人
語言是人類社會重要的組成部分
也是我們進行社會交流的工具
正是有了這種強大的工具
讓我們走到了今天
但我們對語言起源的瞭解
並不比其他問題更深入
不可否認
我們天生擁有一定的發音能力
但人類語言超越了簡單的製造聲音
我們懂得運用符號進行表達
同時設置了一系列連接符號的規則
也就是語法
這通常被認爲超越了天生能力的人爲發明
我們幾乎沒有任何辦法追溯最早的語言
我們已知的最早的書面語言是
公元前3000多年的蘇美爾語
還有一些線索可以告訴我們
語言的誕生甚至可能
比智人物種的出現還要早
對語言學家來說
追尋語言誕生的軌跡
或許還能告訴我們
最本質的人性來自何處
#創作團隊：
本文經授權轉載自《新原理研究所》。
#參考來源：
https://bigthink.com/starts-with-a-bang/big-bang-beginning-universe/
https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/01/05/how-did-the-matter-in-our-universe-arise-from-nothing/?sh=16f535f84c2e
https://astronomy.com/magazine/news/2021/01/the-beginning-to-the-end-of-the-universe-the-first-stars-are-born
https://theconversation.com/what-is-a-species-the-most-important-concept-in-all-of-biology-is-a-complete-mystery-119200
https://www.newscientist.com/definition/why-do-we-have-sex/
https://theconversation.com/the-elusive-foolproof-theory-of-the-origin-of-language-94425
Harry Cliff, How to make an apple pie from scratch, Doubleday, 2021
[英]巴赫拉姆 ·莫巴舍爾，《起源》，博集天卷，2021
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[美]賈雷德·戴蒙德， 《 性的進化》，湛廬，2020
#圖片來源：
封面、首圖公式參考：Perimeter Institute