万物起源

宇宙

这是一切起源的起源

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

粒子

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

在一些物理学家眼中

粒子这个词就像一座漂浮在海上的冰山

我们理解的只是海面之上的一小部分

而水下还有大量没能被完全理解的性质、概念和现象

粒子物理学标准模型解释了

基本粒子和基本力的诸多本质

但它带来的问题甚至远比答案还要多

恒星

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

随后，原子非常非常缓慢地聚集

形成越来越大的原子团

就像滚雪球效应一般

更大的原子团产生更强的引力作用

从而吸引更多原子

无数原子构成了星际尘埃的微粒

致密的气体和尘埃又进一步组成云团

当云团密度足够大时

就会在自身引力作用下坍缩

引力势能转化成热能

第一颗恒星就此被点亮

已经存在了数亿年的宇宙

终于迎来了黎明的曙光

元素

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

接下来，恒星的诞生带来了一个新的篇章

恒星核合成缓慢而稳定

持续了数十亿年之久

恒星内部发展出了洋葱一样的圈层结构

制造出从对生命至关重要的碳、氧

一路到更重的铁

在恒星生命的终章

超新星爆发创造出了宇宙射线

产生了中子星残骸

带来了中子星并合事件

还有小质量恒星演化出的白矮星

所有这些过程都在不断丰富元素的组成

元素在宇宙中诞生

它们的排列带来了更深层的宇宙秩序

这些元素最终成了你我的一部分

你我皆来自星辰

地球

我们从没见过这样一颗行星

它离中心恒星不远不近

温度适宜，水源充沛

它有磁场和大气的保护

这里的一切都如此生机勃勃

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

即使现在已经发现了数千颗系外行星

地球仍然显得如此的独一无二

但我们真的是宇宙中

唯一的幸运儿吗

生命

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

生物发生的第一步

首先需要大量“零件”

包括氨基酸、脂类、糖等等

1953年

迄今为止最著名的生物发生实验

改变了人们对前生命合成的看法

实验表明

早期地球一定富含着生命的基本分子

将生命起源追溯到

达尔文笔下那个“温暖的小池塘”中

1953年的实验或许“过于成功”

以至于不少人误以为

生命起源之谜基本已经被解开了

但答案显然没有那么简单

随后更多发现表明

生命的存在远比人们想象的广泛

即使在各种极端环境中

无论是酸性的池塘

沸腾翻滚的火山口

冰天雪地的极地

甚至暗无天日的海底

依旧无法阻挡生命蓬勃的脚步

生命的“零件”散布宇宙的各个角落

为什么一定是那个“温暖的小池塘”呢？

更进一步来说

又为什么只限制在地球上呢？

细胞

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

这份复杂性不仅遗传给了你我

也遗传给了各种植物、鸟类、爬行动物

所有复杂生命共享着同一套细胞特征

根据 马古利斯 的颠覆性理论

复杂细胞实际上来自一场合作共赢

细胞之间密切合作

直到彻底融为一体

也就是 内共生

一些科学家进一步认为

是一次罕见的内共生事件

打破了限制

开启了复杂细胞的演化

但这究竟是一次偶然

还是无数次尝试后的“必然”

关于这个问题及其背后所有细节的争论

从未平息

物种

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

但很多人没有意识到的是

进化的本质恰恰意味着

生物其实无法划归出整齐的类别

即使是达尔文也曾梦想着

有一天生物学家在研究时不用再烦恼

哪些动物应该归于哪个物种

事实上，许多现代生物学家也是这么做的

从哲学角度思考

生命是一张紧密交织的巨大的网

或许从来都不存在“人类”物种这一说

性

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

但进化理论同样告诉我们

进化背后的巨大推手是自然选择

性之所以能够被广泛保留下来

背后一定有某种不可避免的原因

关于性更有趣的是

即使放眼整个生物界

人类的性行为仍是那么独树一帜

我们和类人猿以及其他祖先的性行为完全不同

对我们来说

性和生育被完全分开了

性可以给我们带来强烈的愉悦感

也常常带来痛苦

而这背后也一定有

某种独特的进化力量推动着

语言

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

但我们对语言起源的了解

并不比其他问题更深入

不可否认

我们天生拥有一定的发音能力

但人类语言超越了简单的制造声音

我们懂得运用符号进行表达

同时设置了一系列连接符号的规则

也就是语法

这通常被认为超越了天生能力的人为发明

我们几乎没有任何办法追溯最早的语言

我们已知的最早的书面语言是

公元前3000多年的苏美尔语

还有一些线索可以告诉我们

语言的诞生甚至可能

比智人物种的出现还要早

对语言学家来说

追寻语言诞生的轨迹

或许还能告诉我们

最本质的人性来自何处

#创作团队：

本文经授权转载自《新原理研究所》。

#参考来源：

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

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Harry Cliff, How to make an apple pie from scratch, Doubleday, 2021

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#图片来源：

封面、首图公式参考：Perimeter Institute