万物起源

作者: Takeko

来源: 《新原理研究所》

发布日期: 2022-01-01

本文探讨了宇宙、粒子、恒星、元素、地球、生命、细胞、物种、性和语言的起源与发展,展示了从宇宙大爆炸到生命诞生的复杂过程。

宇宙是一切起源的起源,却并没有那么显而易见。它隐藏在广义相对论方程组的一个解中,直到大约一百年前才被发现。当时,宇宙学家勒梅特首先提出,宇宙诞生于一种极致密、极炽热的极端状态。反对者讽刺地将这一理论称为宇宙大爆炸,最终它却成了家喻户晓的名字。

在大爆炸发生的那一刻,宇宙所有的质量压缩在无穷小的体积里,空间和时间并无区别,这就是奇点。此时的宇宙超越了目前已知的所有物理学的范畴。我们需要一种新理论,统一广义相对论与描述微观世界的量子理论,但迄今为止,还没有任何一种可被检验的“万有理论”出现,对奇点本质的探索暂时也仍遥不可及。

宇宙诞生后很短很短的一段时间里,新事物、新现象层出不穷,它们缺一不可,否则我们今天就不会存在。其中最至关重要的就包括基本粒子的诞生。我们可能会把粒子想象成一颗颗小球,在大多数情况下这种想象没什么问题,但并不代表它是对的。当我们真正开始思考粒子时,才会发现它甚至不是最基本的。

20世纪逐步建立起的量子理论告诉我们,宇宙其实是由量子场构成的,每一种粒子背后都有相应的量子场,粒子就像是这些场中泛起的“涟漪”。在宇宙诞生之初极高的温度下,所有场都有相同的性质,直到环境逐渐冷却,希格斯场获得了一个非零数值,并有能力赋予其他粒子质量,不同场的差异也由此显现,演变成了今天我们所见的物质场和基本力场。

宇宙的这场电影并不是匀速放映的。在大爆炸诞生之初的不到一秒里,新鲜事物喷井式涌现,之后便进入了一段慢速播放的漫长时光。在宇宙诞生后的几十万年间,物质和能量纠缠拉扯,直到大爆炸后的38万年,原子终于开始凝结,光子可以自由穿梭,这也是我们能“看”见的最远的宇宙。

随着时间的推移,宇宙的结构越加复杂,新事物不断涌现,更小的粒子通过不同的方式重新组合,让原本单调的宇宙逐渐丰富。在大爆炸后的15分钟里,大爆炸核合成带来了第一批化学元素,当时只有氢、氦和少量的锂,但随着膨胀的宇宙迅速冷却,并没有继续出现更重的元素。

地球脱胎于一段混乱而暴力的历史进程中。大约45亿年前,在早期太阳系原行星盘中,无数剧烈碰撞、合并,让一个不起眼的星子迅速成长。无数灾难性的碰撞事件,却恰到好处地孕育出了一系列巧合,地球早期历史上一次近乎毁灭性的撞击,却无意间稳定了地球轨道,诞生了地球唯一的长期卫星,让地球拥有了如今的条件。

如果说我们对宇宙的诞生仅仅有了一些初步的认识,那么对生命起源的了解可能只有一片无法解释的空白。主流学说认为,生命很有可能起源于约40亿年前地球最后的主要增长阶段和约38亿年前最早的已知化学化石形成之间的两亿年中。

除了生命起源本身,生物学中还存在着另一个核心的“黑洞”。在细胞层面来说,我们和很多生物并没有什么区别。地球上的生命形式丰富多彩,复杂奇特,但所有复杂生命却拥有一个共同的祖先。它从简单的细菌进化而来,一出场就已经是一个非常复杂的细胞,甚至与你现在所见的细胞相差无几。

我们非常喜欢给各种东西分类、贴标签,对生物来说同样如此。生物分类学家的任务,就是将不同物种分类到不同的组别之中,形成有层次的分类系统。根据达尔文的理论,物种的形成来自于微小变化的累积,一点点看似不起眼的变化,在时间的催化中,演变成巨大的差异,最终带来了生殖隔离,形成新的物种,让地球上的所有生命从共同的起点,分化成如今枝繁叶茂的生命之树。

从鹦鹉到猫咪,从蜜蜂到植物,再到人类,性无处不在。有性繁殖这种形式,应该在进化早期就已经出现了,并一直维持到现在,但这非常有争议。从进化角度来看,性其实需要付出高昂的代价,有性繁殖这种方式效率低下,只有半数个体能产生后代,而且需要两个性别恰当的个体参与才能完成。

如果有一种最显著的特征让我们成为人类,或许就是我们的发音单词的能力,换言之,就是语言。我们用语言传达自己的想法和感受,并用语言影响着他人。语言是人类社会重要的组成部分,也是我们进行社会交流的工具,正是有了这种强大的工具,让我们走到了今天。

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