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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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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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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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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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原子与相互吸引
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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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原子的结构由带电粒子之间的电磁相互作用所主导。同性相斥,异性相吸。因此,带负电的电子和带正电的质子相互吸引,形成了氢原子和氦原子。宇宙作为一个整体也发生了转变,从一片辽阔的由基本粒子构成的等离子体海洋变成了一团团无休止涌动的由大得多的原子构成的气体云。
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我们无法完全解释清楚为什么质子与电子会相互吸引。说异性相吸其实并没有回答它为何会如此的谜团。没有外在的力量把它们推到一起,它们不是受到所谓“电磁相互作用”才相互吸引。相反,它们相互吸引是各自本性使然。
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异性相吸,形成原子,这个事实不禁让我们感到惊讶。而对此感到惊讶的又是谁?不是别的,正是我们人类——这些原子在很久以后的一种发展产物。质子和电子之间的相互吸引并不是又一个关于我们宇宙的孤立事实。相反,质子和电子之间的相互吸引正是宇宙孕育出更大复杂性(包括在将近一百四十亿年后出现的我们)的一种方式。
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宇宙变得透明
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科学家发现的一个迷人事实是,微观层次上的一个改变,竟然能够实际上改变宏观宇宙的整体属性。我们可以从第一批原子出现的影响中看到这种动态过程——随着原子的诞生,宇宙变得透明了。
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这个转变可以看成是一场大雾消散。在大雾弥漫时,我们无法看见远处的东西,因为雾中水滴会使光发生散射。在早期宇宙的等离子体中,情形也是如此。光子根本还没跑出多远,就被一个电子或一个质子所吸收和散射了。
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但当电子和质子开始结合成为电中性的原子时,一个光子就可以在撞上另一个带电粒子前一直不被散射。光突然间可以沿直线传播了。这些原初的光,其中一些可能会被比如低温气体云的物质吸收而消失,但大多数会在此后的百亿年里继续在宇宙中不受阻碍地穿行。而与此同时,宇宙也展开了其不断深入、不断复杂化的历程。所以今天,当我们把灵敏的仪器对准夜空时,我们就能侦测到这些来自时间发端之时的光子,并从它们那了解到宇宙诞生之初时的故事。
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原子的出现让宇宙进入了其创造性的一个全新阶段。要是当初没有原子形成,那么亮物质仍会以等离子体的形式存在,并被占据主导的暗物质以各种方式分割开来,而明亮的光也仍会在轻子和强子当中来回相互作用,并持续上百亿年。但随着原子的形成,新的可能性出现了。宇宙现在能够开始孕育出新的结构——星系和恒星。
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就这样,一个发生在微观层次的事件(氢原子和氦原子的形成)影响到了宏观宇宙的整个故事。宇宙的整个历程,在许多关键时刻,竟然仰赖于发生在微观宇宙里的转变,这着实让人惊奇。这也让我们不禁开始思考这样一个值得注意的想法:或许宇宙作为一个整体的性质是由其组成部分的创造性所塑造的。
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[1] Freeman J.Dyson,Disturbing the Universe(New York
:Harper and Row,1979),250.
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宇宙的历程 第二章 星系的形成
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我们该如何去理解我们周围所在皆是的宇宙之美?它们如何而来?蜻蜓或丁香的复杂精致又是从何而来?
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这不妨从星系的诞生和发展讲起。甚至在一个世纪前,我们知道的只有整个宇宙中的一个星系:我们所在的银河系。但在进入二十世纪后,我们发现了将近一千亿个星系,它们每个又都包含数十亿颗恒星。那么这对于我们理解自身在如此广袤宇宙中的位置问题意味着什么?
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直到现在,我们才开始逐渐了解星系的起源。科学家已经在这方面做出了一些重大发现。当宇宙将近五十万岁时,它就像一团无比巨大的积云,四下扩散。在理论上,一种可能场景是,这团由亮物质和暗物质构成的云只是这样永远膨胀下去。但在我们的现实宇宙中,这团云却是碎成了无数小块的云。每一小块的云在宇宙膨胀的过程中开始聚集到一起,坍缩成为一个星系或一个星系团。因此,它们的大小相对稳定,相互之间的距离却在持续加大。如此这般,每一小块的云也都开始了各自独特的历程。
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在这里,我们得以一窥宇宙中的创造性的某些本质。为了启动自己的创造性发展,一个动态系统有时会试图从涵盖自己的更大网络中脱离出来。只要自己还被紧紧地限制在一个更大系统中,它就一直会受制于人。而一旦它获得了自由,其内在的潜能就能得以发挥和强化,从而孕育出某些全新的东西。
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对于宇宙中的创造性的进一步理解则来自于这样一个追问:究竟是什么导致初始的云团碎成了所有这些小块的云?显然,打碎这团云的这股力量也正是驱使宇宙步入一个新发展方向的力量。归根究底,这股力量引发了星系的形成。
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对此,科学家发现,微弱的引力波可能是打碎初始云团的力量。那么这些引力波又源自哪里?这里正是最大的惊喜所在,这些引力波源于宇宙本身的诞生。在大爆炸之后的极短时间里,宇宙中到处充斥着引力波。这些波(实质上是物质密度的涨落)随着宇宙的膨胀而四下扩散。最终,它们打碎了宇宙,使得星系得以形成。[1]
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