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极简人类史：从宇宙大爆炸到21世纪
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极简人类史：从宇宙大爆炸到21世纪 [:1702514216]
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极简人类史：从宇宙大爆炸到21世纪 1 前传 开端之前
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在人类历史以外，还存在一个更大的范畴，即地球史甚至整个宇宙的历史。本章“前传”正是希望在这个更大的范畴之内，讲述人类过去的历史——这也正是“大历史”研究的范畴。正如我们需要用世界历史，来帮助我们理解特定区域的历史一样，我们也需要一个更大的背景，来帮助我们看清人类历史在地球史乃至宇宙史中的位置。如果我们要进行超越人类自身历史的思考，我们就需要“大历史”。
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20世纪中叶以前，大多数天文学家认为宇宙没有历史，它始终存在着。但我们有理由对此假设持怀疑态度。20世纪20年代，美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）找出证据，发现大多数遥远的星系一直在离我们远去。这些证据表明宇宙可能一直在膨胀。如果宇宙在膨胀，则证明它过去一定小得多，而且在遥远过去的某一个时间点，它可能被压缩在一个极其微小的空间内——甚至比一个原子还要小。
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20世纪中叶，大部分天文学家积累了足够的证据，证实上述猜测正是以前发生过的事实。我们发现，人类并非唯一拥有历史的创造物。地球有自己的历史，整个宇宙也有自己的历史。自20世纪中叶以来，我们开始能够讲述这段历史，并将人类历史视为一部更宏大、更科学的“创世史”的一部分。本章人类史“前传”希望以21世纪的知识视野，向大家提供这部大历史的概览。（几乎人类的每个社会都有一套自己的解释宇宙起源的故事，这些创世故事——对那些相信它的人来说并非“神话”——试图为所有生命赋予意义，这些意义通常反映了他们各自的文化来源。）
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宇宙出现在大约138亿年前，源于宇宙学家所说的“大爆炸”。这是所有历史日期的开端，我们对大爆炸之前的世界一无所知：我们不知道在此之前是否存在时间、空间甚至虚无，我们缺少任何与此有关的信息或是理论；这也正是创世故事开始的时候。但是其实，从宇宙出现的那一刻开始，我们便能够讲述一个符合现代科学基本理念的创世故事——这个故事建立在大量且仍在不断增加的证据之上。
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当宇宙刚刚出现时，它极其微小，很可能比一个原子都小。然而，在其内部蕴含着组成宇宙所需的所有物质和能量。此时的宇宙温度极高，（几乎无法用数字衡量！）以至于物质、能量、粒子、空间和时间全都混杂在一起。随后，在巨大能量的作用下，宇宙发生急剧膨胀，其速度可能比光速还要快。在暴胀过程中，宇宙逐渐冷却。正如蒸汽最终会凝结成水一样，宇宙在冷却过程中，也会经历一系列不同的“阶段变化”。从宇宙诞生的第一秒开始，各种截然不同的力量就出现了，包括引力（一种将万物拉拢聚合的力量）与电磁力（一种促使异性电荷相吸，同性电荷相斥的力量）。组成物质的基本粒子夸克此时也出现了。然而诞生初始的宇宙变化剧烈，大部分粒子一出现就消失，转化成宇宙中的纯能量。
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下一秒，宇宙暴胀的速度慢了下来。此时的宇宙已经出现了我们今天熟知的各种物质，包括质子和电子（组成原子的基本成分）以及至少四种基本形式的能量。这时的宇宙仍比太阳中心还要炽热，充斥着“等离子体”，这是一种由能量和带电粒子组成的杂乱的混合。大约38万年后，宇宙开始经历另一个“阶段变化”。此时的宇宙温度继续下降，使得带正电的质子能够捕获带负电的电子，形成最早的原子。原子呈电中性，于是突然之间，物质不再与电磁辐射相互作用。在今天所谓的宇宙背景辐射中，我们仍可以探测到宇宙在这个历史节点上释放的能量。宇宙背景辐射可以对老式电视机产生静电干扰，它的存在是上述故事真实可靠的最有力证据之一。
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在这个阶段，物质的存在形式都极其简单。大多数物质都由自由移动的氢原子和氦原子组成。氢原子由一个质子和一个电子组成，而氦原子由两个质子和两个电子组成。历经千百万年，早期宇宙就是由这种氢原子和氦原子构成的大片星云组成的。那时的宇宙没有星体，唯一将其点亮的是穿行其中的巨大能量。
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▣ 思想实验
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人类试图了解自己在宇宙中的位置，但不一定能达成共识。参考一下作家马克·吐温的看法，他写道，人类总是把自己视为宇宙的中心——或者至是整个历史的中心。1903年，在题为“世界是为人类而造的吗？”（“Was the World Made for Man？”）的文章中，马克·吐温写道，“如果埃菲尔铁塔代表宇宙的历史，那么它顶端的球形构造上，那层薄薄的油漆就代表着我们人类的历史，没有人会认为那层薄薄的油漆是建造埃菲尔铁塔的目的。但我想有人就是这么认为的。”想一想我们该如何回应马克·吐温的这篇文章。我们人类是否应当一直把自己视为宇宙的中心？或者我们可以换个角度思考？人类如何看待自己在宇宙中的位置，这一点重要吗？
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随后，这个现代创世故事出现最神奇的转折之一，物质由此开始变得复杂起来。第一个出现的复杂物质是恒星，造就早期恒星的“工程师”当属引力。早在17世纪，艾萨克·牛顿就已经向我们展示了物体和物体之间存在引力，这解释了为什么我们能牢牢站立在地球上。阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪早期进一步证明，物质和能量其实是同一实质的不同形式，这解释了为什么能量也会产生引力。就这样，引力逐渐将飘浮在早期宇宙中的大片氢原子和氦原子云拉拢聚合。接下来，数以亿计的星云出现了，并在重力的作用下收缩。在收缩过程中，它们开始升温。随着温度上升，星云内部的原子运动得越来越快，相互间的碰撞也变得越来越激烈。最终，当星云中心的温度达到10℃左右，氢原子开始聚合，在此过程中，原子的一部分转化成纯能量。氢弹爆炸时，其内部氢原子的聚合也是如此。此时，由这些星云内部“超级氢弹”爆炸释放出的能量冲破引力的阻挡，向寒冷、空寂的星际空间倾泻而出。在宇宙出现的大约2亿年后，第一批恒星诞生了。它们中间的大多数，比如太阳，将持续燃烧几十亿年。
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在引力的相互作用下，恒星开始聚合成为“星系”。每个星系都由数以亿计的恒星组成，比如我们所在的星系——银河系。接下来，星系还可以组合成星系团。从最高的层面来看，引力的拉拢力量实在太弱，不足以抵抗宇宙的扩张力。因此，尽管星系在引力的作用下聚合在一起，它们之间的距离还是随着宇宙的膨胀变得越来越远。
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恒星能产生新的物质，使宇宙进一步变得复杂。最大的恒星产生最大的压力，通常也产生最高的温度。在恒星中心，聚合反应迅速发生，直至它诞生数百万年后，恒星逐渐耗尽自身的氢元素。此时，恒星的中心坍缩，产生更高的温度，直到氦原子开始聚合，产生更复杂的元素，比如碳。经历一系列这样的剧烈坍缩，新的元素不断诞生，直至出现原子核中拥有26个质子的铁元素。产生含有更多质子的元素需要更高的温度，没有恒星（无论其体积大小）能达到如此高的温度。当一颗体型巨大的恒星坍缩时，它会在巨大的爆炸中走向消亡，成为一颗“超新星”。正是在此过程中产生了各种重元素，直到最重的元素铀，其原子核中含有92个质子。至此，组成我们世界的化学元素大多在大体积恒星的死亡剧痛中产生了。超新星使得化学反应成为可能，没有它们，人类就不会存在，地球也不会存在。
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从大爆炸到现在，宇宙进化经历了大约138亿年时间。科学家将宇宙进化划分为8个层次，分别为物理进化、化学进化、天体演化、地质演变、生物进化、社会进化、人工自然进化。人类历史只是宇宙进化过程中最后出现的简短片刻。
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第一批超新星很可能是在大爆炸发生10亿年内消亡的。从那时起，超新星就一直将更复杂的化学元素抛撒到星际空间。尽管氢和氦仍是宇宙中占绝对优势的主导元素，但是其他元素的储量也有了显著的积累和提高。这些元素可以通过各种复杂的方式合成化合物，进而形成更加复杂的物质——包括我们人类本身。
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行星是第一批由这些更加复杂的物质组成的天体。在像银河系一样的大星系中，星际空间中遍布这些新型化学元素。因此，当新恒星诞生时，形成它们的物质不仅来自氢、氦组成的星云，还来自于碳、氧、氮、金、银、铀等其他元素组成的星云。事实上，所有化学元素周期表中的元素都可以在这些星云中找到。我们的太阳正是45亿年前，由这些物质组成的星云构成的。这片“太阳星云”（人们这样为其命名）在重力的作用下坍缩，直至氢原子开始在中心发生聚合，形成我们称之为“太阳”的恒星。大部分的太阳星云被太阳本身吞噬了，只有极微量的物质继续在年轻太阳的外部空间沿轨道绕行。在每一条绕日轨道上，原子相互碰撞、挤压，最终慢慢形成大一点的物质，这有点儿像滚雪球。（事实上，一些彗星就类似巨大的雪球，是行星形成过程中的遗留物。）这些物质相互碰撞、挤压，逐渐形成较大的天体，如陨石或微小行星，我们将其统称为“小行星体”。随后，在每一条绕日轨道上，所有碎片相互碰撞、挤压，逐渐形成各种星体，我们将这些星体称作“星子”（Planetesimols）。太阳的热量将气态物质从星系中心驱散，这解释了为何内圈行星（水星、金星、地球和火星）呈固态，而外圈行星（木星、土星、天王星和海王星）呈气态。
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早期地球是一个炎热、危险的地方。它被陨石和小行星轮番撞击，随着体积越来越大，压力使地球中心温度上升，而大量的放射性物质加快了热量积累。很快，早期地球由于温度过高开始熔化，在此过程中发生了我们称之为“重力分异”的现象。比较重的元素，如铁和镍，沉积到地球中心，形成了地核。金属构成的地核能够产生磁场，保护我们免受太阳的一些有害辐射。稍轻的物质组成了熔融态、瓜瓤状的中层，我们称之为“地幔”。更轻的物质则停留在了表层。这些物质迅速冷却，形成了蛋壳一般薄薄的一层，我们称之为“地壳”。地壳仅有几千米厚。而最轻的物质是气体，这些气体从地球表面的火山喷薄而出，形成了早期的大气层。
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40多亿年前的地球历史被划分为“冥古宙”。那时的地球酷热难耐，不断遭受小行星的轮番撞击，大气层中也没有游离氧。此时还没有生物能够在地球生存。随后地球开始慢慢冷却，最终，水蒸气组成巨大的云团在地球上空循环，逐渐形成降雨，造就了早期的海洋。
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我们几乎可以确认，正是在这些早期海洋中，一种新的复合体开始出现：这就是生命。液态水为化学反应提供了适宜的环境：在空气中，原子运动太快，无法配对；而在固体中，原子又几乎一动不动；水是最适宜的，化合物运动不快不慢，所以一旦它们相遇，便可配对形成更加复杂的化合物。在当时地球的某一个地方（很可能就是在早期海洋的深处），由于那里既有来自深海火山活动的能量，又有充足的化学物质，越来越多更加复杂的化合物开始形成。距今大约35亿年前，也就是地球诞生后的10亿年内，这些化合物中的一部分形成了地球上第一批生物。生物学家把这些微小、简单、单细胞的生物命名为“原核生物”。直至今天，原核生物仍是地球上最普遍的生物。像所有的原核生物一样，最早的这批生物太小，肉眼无法看见。但它们的一举一动都足以证明，它们是有生命的，全然不同于没有生命的物质。它们能通过生物学家称之为“新陈代谢”的化学反应，从周围的环境中汲取能量。它们还可以利用令人惊叹的庞大而复杂的分子（我们称之为“DNA”，脱氧核糖核酸的英文缩写）的特性进行自我复制。原核生物通过分裂成两个几乎一模一样的个体，或者“克隆”，进行自我繁殖。尽管如此，由于在生殖过程中总是会有微小差异，这就意味着个体之间总是会出现细微的差别。由于存在这些差别，一些个体在获取能量方面会优于其他个体，而且这些个体更容易存活，并能更有效地进行繁殖，将这些优点和特性遗传给自己的后代。通过这种方式，生物开始逐步改变、进化，顺应各种各样的环境，演化出千百万个不同的物种。这个过程，查尔斯·达尔文称之为“自然选择”。正是这种机制造就了今天我们看到的姹紫嫣红、万物生长的大千世界。随着越来越多的物种出现，地球表面被一层薄薄的生命体覆盖，我们称之为“生物圈”。迄今为止，地球是宇宙中已知唯一存在生命的行星。当然，将来我们也可能在宇宙的其他地方发现某种形式的生命存在，而且从理论的角度来说，这种可能性非常大。
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从化石遗迹来看，第一批原核生物出现在距今35亿年前。通过自然选择，它们中间的一部分已经学会进行光合作用。这是一种直接从阳光中汲取能量，并将其储存在体内的能力，今天所有的植物仍在使用这种方法。我们知道光合作用出现的时间很早，因为科学家发现了一种名为“叠层石”的古老化石，这是一种巨大的、类似珊瑚的物体，它们是由大量类似藻类的微生物遗骸组成的，这种生物能够进行光合作用。光合作用有一个明显的附加作用：这种化合反应需要从阳光中汲取能量，并且产生氧气这个附加产品。因此，随着进行光合作用的生物呈几何倍数增长，越来越多的氧气被释放到大气层中。对某些生物来说，这完全就是灾难，因为氧气极其活跃，可能变得极具破坏性。如果你怀疑这种说法，可以想想火——火就是氧气和其他元素发生的剧烈反应。事实上，地质学家能够追踪游离氧在地球上的逐渐积累，因为他们发现了赤铁带：赤铁就是铁与游离氧结合的产物，这是一种缓慢形式的燃烧，我们通常称之为“生锈”。