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1700904032 宇宙的诞生
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1700904034 让我们从头开始讲起。宇宙如何而来?
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1700904036 这显然是个令人望而生畏的大问题,但现在看来,它确实有个发端。有些科学家将这称为大爆炸。不妨把这想象成一次光和物质(包含后来最终成为恒星和星系的亮物质以及一直未被人看见的暗物质)的大迸发。所有的时间和空间、物质和能量都始于一个温度达数万亿度的点,然后一切分崩离析,开始膨胀。
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1700904038 发现宇宙由膨胀而来并且现在仍在膨胀是人类历史上最伟大的发现之一。在现代西方社会,长久以来的通常认知是,宇宙是万事万物(大到恒星,小到原子)所在的广袤空间。虽然科学家早已知道,宇宙中的物质会发生形态的改变,但他们仍习惯于假定,宇宙作为一个整体并不会发生变化。然而,这个假定后来被证明是错误的,因为宇宙在不断发展,宇宙有其故事——一个发端,一个中段(我们现在所处的阶段),以及或许在难以想象久远的未来,一个结尾。
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1700904040 这个伟大发现要部分归功于科学家埃德温·哈勃。二十世纪二十年代,在加州南部的威尔逊山上,他利用一部一百英寸口径的望远镜研究夜空,试图确定我们的银河系是否是宇宙中唯一的一个星系。结果他不仅发现了,宇宙中遍布各式各样的星系,而且他还确认了,这些星系都在相互远离。在哈勃工作的基础上,现在科学家已经认识到,整个可观宇宙曾经比一颗沙粒还小,它从一个小点经过数十亿年的猛烈膨胀才成为现在的样子。宇宙是由膨胀而来的。
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1700904042 然而,我们的宇宙中还存在另一种基本的作用力:将事物吸引到一起的力,我们称之为引力。随着宇宙的膨胀和冷却,引力将一些物质吸引到一起,形成星系和恒星。膨胀与坍缩,这两种相对的动态过程在宇宙的诞生之初起着主导作用。宇宙的膨胀使得物质从发端时的小点相互远离,引力则使这些物质重新聚集到一起。我们现在知道,宇宙作为一个整体,从其发端至今,一直被这两种相对且富有创造性的动态过程所塑造。
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1700904044 这个双重的过程与生命的呼吸和血液运动有着惊人的相似之处。我们的肺部起伏翕张,我们的心脏跳跃舒缩。借助这些基本的运动,我们才得以存在。可以说,我们的生命之所以可能,正是因为宇宙这种翕张的韵律。那么我们的一吸一呼、一舒一缩是时刻在反映我们宇宙大尺度上的动态过程吗?但有一点我们至少是确定的,正是由于宇宙的这一大“张”,生命和人类才得以出现,得以现在能在宇宙里面呼吸。
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1700904046 原子核与结合
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1700904048 在大爆炸之后几微秒内,宇宙生成了夸克和轻子等基本粒子,紧接着夸克结合形成了质子和中子,后者在一片黏稠的等离子体中漫无目的地游荡。这时的宇宙几乎没有什么结构存在。这些量子之间会相互碰撞,发生互动,然后又分解开来,继续在瞬间与不同的伙伴碰撞上上百万次。
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1700904050 但现有的早期宇宙的数学模型告诉我们,即便只是在大爆炸之后几分钟后,更多的结构就已经开始出现。基本粒子之间开始形成稳定的关系。一个中子可能会与一个质子发生互动,并且它们不再分解开来,而是从此结合在了一起。起初,这些新的结合体很快会被其他粒子所撞裂破坏。但随着宇宙继续膨胀和冷却,这些原始的双合体和三合体开始得以保留下来。
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1700904052 宇宙正是在这样的结合和分解当中,不断演化出了越来越复杂的共同体。而这些简单的原子核就是最早一批存在于基本粒子当中的复杂共同体。不过有趣的是,所有的关系都要付出一定的代价,即便在这样的量子层次上也是如此。一个中子不是简单就能与一个质子相结合。为了相结合,中子和质子都不得不进行一番转变。它们各自丧失了部分质量,而这些质量变成能量,以光的形式释放进了宇宙。以前可有谁能想象到这一点?谁能猜得到,创造一个量子共同体会要求粒子贡献出部分质量?或者其创造会伴随着光的产生?
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1700904054 所以即便在诞生之初,我们的宇宙也是在不断创造关系。当然,在理论上,我们可以想象出与此不同的另一番景象。我们可以在理论上讨论另一种全然不同的宇宙,其中的粒子相互孤立,之间不存在相结合的关系。这样的一个宇宙将是一盘散沙,有的只是相互之间完全独立的不可计数的粒子。但在我们的可观宇宙中,各式各样的结合所在皆是。即便在诞生之初,宇宙就产生出了简单的原子核,并在这个过程中将大量的质量转变成了光。随着中子和质子聚变成第一批原子核,整个宇宙便充溢着这种新的辐射。总之,这样的结合处于物质的核心,也是一切的关键。
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1700904056 时机与创造性
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1700904058 置身于一个难以想象广袤和复杂的宇宙当中,我们不免会试图寻找有意义的自身定位,以便使自己的生活图景变得完整。所以诸如宇宙的本质是什么、我们在其中的角色又是什么等问题贯穿了人类历史的始终。而现如今,通过思考这类问题,我们希望能在这个全球性文明日渐成形的时代让自己的生活过得更为完整、深刻。
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1700904060 在探寻意义的整个过程中,我们对于宇宙所持的基本图景至关重要。不过,单幅图景无法反映宇宙的全貌,所以我们需要多幅图景或隐喻。在前文中,我们已经考虑过了至少三幅宇宙图景。我们谈到了从一个小点发展出各式结构的宇宙,谈到了像心肺那样膨胀和坍缩的宇宙,还谈到了物质的演化及其言下之意——宇宙中充斥着各种使其复杂性增加的共同体。
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1700904062 当我们考虑在宇宙诞生之初这些原子核的起源时,另一幅图景便自己浮现了出来,一幅种子生长的图景。当一颗种子萌芽时,它起初集中注意于根的生长,然后转而注重茎叶的生长。这个生长过程是一个复杂而富有创造性的最优化安排。类似地,宇宙在一开始专注于制造原子核。这个过程只持续了短暂的一段时间,然后就停止了,继而其他过程开始。这里一个有趣的事实是,如果宇宙当初继续进行原子核的制造,直到比如铁,那么铁原子核将永远占据大多数。
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1700904064 但事实上宇宙在不断膨胀和冷却,适合制造原子核的条件转瞬即逝,就像它们起初转瞬出现时那样。经过一个所有轻原子核被制造了出来的短暂阶段之后,工作重心发生了转移。某些新的东西即将出现,这与种子的生长过程不无相似之处。而这种时机的动态变化在宇宙发展史的此后将近一百四十亿年里还将反复出现。
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1700904066 膨胀与生命的出现
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1700904068 可观宇宙最令人叹为观止的特征之一是其膨胀速率的精确。要是当初其膨胀速率慢点,甚至只是略微慢点,哪怕是慢上一亿分之一,宇宙都会重新坍缩。故事结束。
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1700904070 反过来,要是当初宇宙膨胀得稍为快点,甚至只是快上一亿分之一,宇宙都会膨胀得太快而致使结构无法形成。到时宇宙中有的只是四散的尘埃,而没有结构去孕育生命。
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1700904072 我们生活在一个膨胀速率恰好适合生命出现的宇宙当中。当科学家首次发现这一迷人的事实时,他们都渴望理解其中的原因。究竟过去发生了什么,使得我们的宇宙成为现在这个样子?
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1700904074 随着理论宇宙学家开始探究孕育生命的宇宙如何而来的谜团,一个理论引起了人们的注意。它最早由原苏联科学院朗道理论物理研究所的阿列克谢·斯塔罗宾斯基提出,后由如今在麻省理工学院的阿兰·古斯形成更为完整的形式。根据爱因斯坦的思想及其广义相对论,这些宇宙学家提出,一种可能的解释是,在大爆炸之后极短的时间里,引力的作用方式不是吸引而是排斥。正是这种排斥性的引力使得宇宙发生暴胀,使其恰好达到临界膨胀速率。换句话说,宇宙借助暴胀机制加快了自己的膨胀速率,使得其中可以孕育出结构和生命。
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1700904076 著名物理学家弗里曼·戴森也曾思虑及此,试图弄明白这一切。他意识到自己对在宇宙中的归属感找到了一种新的视角:“我对宇宙及其结构的细节研究得越多,我找到的表明宇宙在某些意义上必然事先知道我们将会出现的证据就越多。”[1] 当然,无论在哪种明的意义上,人类在宇宙发端之时都并不在场。但戴森的言下之意是,生命暗地蕴含在宇宙的动态过程当中,从其发端之时便是如此,而我们现在正在逐渐认识到这当中的种种方式。
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1700904078 原子与相互吸引
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1700904080 相互吸引位于所有层次的存在的创造性的核心。当宇宙还不到五十万岁时,物质依然以黏稠的等离子体形式存在,其中的主要构成是氢原子核、氦原子核以及电子,而所有这些都沐浴在一片光的海洋当中。但随着宇宙继续膨胀和冷却,转变发生了——电子和质子相互吸引,形成了第一批原子。
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