漫游第39篇讀書筆記

“宇宙有無(wú)法窮盡的優(yōu)美天體，錯(cuò)綜的關(guān)聯(lián)、微妙的法則，可供探索的無(wú)限空間?！祟惖奈磥?lái)取決于對(duì)宇宙的了解程度?！?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ——卡爾·薩根

大家好，我是漫游。

今天和您分享的是《宇宙》，作者卡爾·薩根。

宇宙有多大？

地球之外有生命嗎？

我們?yōu)槭裁匆剿饔钪妫?/p>

關(guān)于本書

卡爾·薩根博士是著名的天文學(xué)家和空間科學(xué)家，1980年他主導(dǎo)制作了十三集系列電視紀(jì)錄片《宇宙》，當(dāng)時(shí)全世界有1.4億人收看它，占地球總?cè)丝诘?%，點(diǎn)燃了無(wú)數(shù)人對(duì)天文和科學(xué)的興趣。

本書與紀(jì)錄片相輔相生，1980年首次出版，后經(jīng)2次再版，2022年引進(jìn)出版了中文版。書籍在許多主題上比紀(jì)錄片做了更為深入的探討，不僅闡述了關(guān)于宇宙的科學(xué)知識(shí)，以及人類對(duì)于天空的認(rèn)知?dú)v史，更探討了人類所面臨的戰(zhàn)爭(zhēng)危機(jī)和文明挑戰(zhàn)。

宇宙時(shí)空的大尺度

宇宙遼闊，光陰漫長(zhǎng)，宇宙的大尺度同時(shí)體現(xiàn)在空間和時(shí)間上。要想理解宇宙的大尺度，須得破除我們的慣有認(rèn)知維度。

地球上，我們習(xí)慣用米或千米衡量遠(yuǎn)近，而宇宙中用“光年”來(lái)度量距離。光速是空間中信息和能量傳播速度的上限，近300,000千米/秒。光以此速度“跑”上1年的距離就是1光年，約10萬(wàn)億千米。

人類已知宇宙的直徑約?930億光年，地球距宇宙中央大概80億光年。我們身處的銀河系直徑約10萬(wàn)光年，地球距銀心3萬(wàn)光年。太陽(yáng)系的最外圈離地球1光年，而太陽(yáng)光抵達(dá)地球需要8分鐘。

宇宙里星系的數(shù)量多達(dá)幾千億個(gè)，其中每一個(gè)都包含了幾千億顆恒星。銀河系中大概有四千億顆各種各樣的恒星，以及至少與恒星數(shù)量級(jí)相同的行星。

空間和時(shí)間彼此交織，當(dāng)我們望向太空深處時(shí)，其實(shí)也在回望時(shí)間。我們抬頭，眼睛看到的是8分鐘前的太陽(yáng)。仙女座M31星系是人類肉眼可見的宇宙最遠(yuǎn)天體，我們?cè)诘厍蛏峡吹降钠鋵?shí)是它230萬(wàn)年前的樣子。

為了讓讀者更直觀地理解宇宙的時(shí)間尺度，薩根博士將宇宙138億年的歷史壓縮成一年：1月1日零點(diǎn)，宇宙大爆炸發(fā)生；直到9月9日太陽(yáng)系才形成；9月14日地球誕生；9月25日地球上出現(xiàn)生命（原核生物）；12月31日 22:30人類祖先（南方古猿）才出現(xiàn)；23:59:46人類進(jìn)入農(nóng)業(yè)時(shí)代；23:59:59，宇宙最后一秒，人類有文字記載的文明史才開始。

蒼穹浩瀚，我們不過(guò)是辰空中一粒飛揚(yáng)的塵埃。

宇宙誕生的迷思

“若想無(wú)中生有，必先創(chuàng)造宇宙?！?/b>宇宙是如何誕生的？宇宙大爆炸（Big Bang）是目前描述宇宙起源和演化最主流、證據(jù)最充分的科學(xué)理論。

宇宙最初是一個(gè)密度和溫度都極高的“奇點(diǎn)”，沒(méi)有空間和時(shí)間。約 138億年前發(fā)生了大爆炸，宇宙誕生?？臻g迅速膨脹，物質(zhì)和能量開始分離，溫度逐漸降低。

殘存的基本粒子——質(zhì)子、中子和電子——加起來(lái)約1080個(gè)，它們構(gòu)成了宇宙萬(wàn)物。除了物質(zhì)，大爆炸還產(chǎn)生了“自然法則”，它們適用于宇宙各處，構(gòu)成萬(wàn)物的秩序。宇宙的英文Cosmos來(lái)源于古希臘語(yǔ)，原意即為“秩序”。

大爆炸為什么會(huì)發(fā)生？奇點(diǎn)本身如何產(chǎn)生？宇宙的起源仍是人類已知的最大謎題。宇宙振蕩假說(shuō)認(rèn)為宇宙處于“膨脹-收縮-再膨脹”的無(wú)限循環(huán)之中，我們現(xiàn)在只是處于其中的一個(gè)振蕩之中。此外，還有頗具哲學(xué)色彩的多元宇宙假說(shuō)、印度宗教的無(wú)限嵌套宇宙等等。

宇宙萬(wàn)物的熔爐

作者將恒星稱為宇宙廚房，氫原子在那里被“烹飪”成更重的原子。萬(wàn)物都是氫原子經(jīng)歷150億年演化的產(chǎn)物，而人類更不過(guò)是恒星煉金術(shù)的灰燼。

原子從哪里來(lái)？我們的自然界存在92種化學(xué)元素，從1號(hào)的氫到92號(hào)的鈾（比鈾更復(fù)雜的原子只能由人類合成），它們組成了地球的萬(wàn)物。大爆炸初期的基本粒子組成了氫和氦，其他都產(chǎn)生于恒星。

人由什么構(gòu)成？碳是構(gòu)成地球所有有機(jī)物的骨架，人也如此，此外我們DNA里的氮、骨骼和牙齒里的鈣、血液里的鐵……全部來(lái)自恒星。

只要一點(diǎn)點(diǎn)初始條件的不均勻，就能導(dǎo)致物質(zhì)的大量凝聚。早期宇宙中，巨大的薄莎狀氣體云慢慢旋轉(zhuǎn)聚集，云團(tuán)內(nèi)部氣體分子不斷碰撞產(chǎn)生的熱量逐漸疊加，最終達(dá)到足以讓氫轉(zhuǎn)化為氦的閾值：四個(gè)氫核結(jié)合成一個(gè)氦核，同時(shí)向外釋放一個(gè)伽馬光子。伴隨熱核反應(yīng)，第一批恒星誕生。

我們的太陽(yáng)是第二代或第三代恒星。太陽(yáng)系形成之前，附近曾有過(guò)超新星爆發(fā)，形成的沖擊波壓縮了星際氣體和塵埃，觸發(fā)了太陽(yáng)系的形成。太陽(yáng)正值穩(wěn)定的中年，是氫和氦組成的巨大球體，每秒有大約四億噸氫被轉(zhuǎn)化成氦。

夜晚閃閃發(fā)光的群星，其實(shí)都是遠(yuǎn)方的核聚變。恒星內(nèi)部的核聚變無(wú)法永遠(yuǎn)維持。五六十億年后，太陽(yáng)全部的氫燃料會(huì)消耗殆盡，第一輪氫->氦聚變停止；引力作用下內(nèi)核坍塌，溫度、壓力再次提升，進(jìn)入第二輪氦->碳->氧聚變，太陽(yáng)逐漸成為紅巨星，屆時(shí)金星、水星、甚至地球都會(huì)被吞沒(méi)；當(dāng)氦燃料消耗完畢之后，引力坍塌繼續(xù)，溫度再次上升，引發(fā)最后一輪核聚變，形成更多更重的原子，太陽(yáng)逐漸變成白矮星，最終成為黑矮星。

恒星的命運(yùn)取決于初始質(zhì)量的大小。恒星質(zhì)量越大，消耗燃料速度更快，壽命越短。那些坍縮后質(zhì)量比太陽(yáng)大兩三倍的恒星會(huì)成為超新星，超新星意味著恒星的死亡。超新星爆發(fā)的本質(zhì)是特大規(guī)模的硅鐵核聚變，原恒星的各種物質(zhì)會(huì)被拋射向太空。超新星爆發(fā)后，原恒星會(huì)變成一顆高速旋轉(zhuǎn)的中子星。而那些坍縮后質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)五倍的巨大恒星將會(huì)變成黑洞。

宇宙中化學(xué)元素的豐度與恒星生成原子的相對(duì)豐度吻合，幾乎可以確定，紅巨星和超新星是宇宙中各種物質(zhì)的熔爐。

宇宙演化的隨機(jī)性

宇宙介于“完全不變”和“完全隨機(jī)”兩者之間。演化過(guò)程的隨機(jī)性極強(qiáng)，偶然事件在演化中扮演重要角色。

對(duì)于天體，其演化最終結(jié)果取決于初始條件，特別是初始的密度與分布，如上文介紹的恒星。行星也不例外，每一顆行星的未來(lái)都由它們當(dāng)下的變化決定。

生命的起源和演化同樣如此。我們恰巧處于銀河一隅，此處星辰稀疏。太陽(yáng)大小剛剛好，地球距離太陽(yáng)不遠(yuǎn)不近。46億年前，地球由一堆星際氣體和碎石凝聚而成。那之后不久-約莫40億年前，生命應(yīng)運(yùn)而生。

人類的存在與隨機(jī)性密切相關(guān)，其間也有兩個(gè)關(guān)鍵的偶然事件：其一是6500萬(wàn)年前的恐龍滅絕，讓當(dāng)時(shí)不具代表性的小型哺乳動(dòng)物逐漸興盛起來(lái)；其二是2000萬(wàn)年前冰河期的到來(lái)，讓我們的直系祖先不得不從樹上下了地。

如果地球重啟，即使所有先決條件不變，也極可能不會(huì)出現(xiàn)與人類相似的生物。比如我們的五根手指，只是因?yàn)槟嗯杓o(jì)的魚類老祖宗鰭上有五根指骨。假如一個(gè)小小隨機(jī)突變，使得魚鰭變成四指骨或者六指骨，我們現(xiàn)在熟悉的十進(jìn)制恐怕就顯得十分怪異了。

探索宇宙的意義

地球以外有生命嗎？單銀河系內(nèi)的行星系統(tǒng)就數(shù)以千億計(jì)，概率上看是肯定的。組成生命的物質(zhì)在宇宙里到處都是，更可能的情況是宇宙間到處都有生命，只是還不為我們所知。

外星生物長(zhǎng)什么樣？對(duì)于外星生物的想象，也要打破基于地球生命形式的限制。書中作者設(shè)想一顆類似木星的氣體行星，那里云層稠密，湍流動(dòng)蕩，下方?jīng)]有陸地，中心無(wú)比熾熱。雖然與地球形態(tài)迥異，但根據(jù)普適的自然法則，仍然能夠存在由不太大的“沉降者”、體型龐大的“漂浮者”、以及靈活迅捷的“捕食者”組成的生態(tài)系統(tǒng)。

由于遺傳多樣性受完全不同的隨機(jī)因素影響，所以外星生物在生理上與我們相似的概率幾乎為零。對(duì)地外生命展開研究，哪怕只發(fā)現(xiàn)一例微不足道的樣本，也足以使生物學(xué)打開新世界的大門。

外星文明存在嗎？演化的奧秘在于淘汰和時(shí)間。作者和同事進(jìn)行了推算，如果200光年外的一個(gè)外星文明開始星際擴(kuò)張，他們來(lái)到地球附近，耗時(shí)約100萬(wàn)年。人類技術(shù)文明不過(guò)幾百年歷史，文明本身也就幾萬(wàn)年，100萬(wàn)年的差距足以決定一切。

實(shí)際上，兩個(gè)太空文明幾乎不可能在同等水平上展開互動(dòng)，任何沖突都會(huì)呈現(xiàn)一邊倒的態(tài)勢(shì)，“三體人”帶給我們的恐慌并非空穴來(lái)風(fēng)。然而，這種恐慌還來(lái)源于人類自身文明的歷史，在人類的發(fā)展歷程中，落后的文明往往慘遭蹂躪，這也許反應(yīng)的是人類文明落后的一面。

對(duì)此，作者也有另一番樂(lè)觀的暢想：領(lǐng)先100萬(wàn)年的外星文明，看到地球和人類可能毫無(wú)興趣，也可能帶著新奇和善意傳授一些他們的知識(shí)，那將給人類文明帶來(lái)無(wú)法估量的成長(zhǎng)。

結(jié)語(yǔ)：世界遠(yuǎn)比我們所見的更復(fù)雜

《宇宙》為我們描述了一部宇宙演化和人類探索太空的大歷史。從大爆炸到星系、恒星、行星，再到生命以及擁有智慧、略懂萬(wàn)物起源的人類。宇宙中沒(méi)有一個(gè)行星會(huì)和地球一模一樣，人類雖渺小，卻又獨(dú)特。

人類的未來(lái)取決于對(duì)宇宙的了解程度。整個(gè)電磁頻譜，從波長(zhǎng)最短的伽馬射線，到波長(zhǎng)最長(zhǎng)的射電電波，對(duì)于天文探索都有用處，但其中人眼能夠感知的可見光占比不到萬(wàn)分之一。世界遠(yuǎn)比我們所見的更復(fù)雜。

地球46億年歷史漫漫，還沒(méi)有東西能夠永存不滅。導(dǎo)致恐龍滅絕、氣候變化的因素依然存在，而人類活動(dòng)本身已成為影響因素的一環(huán)，一次核爆炸可能會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)新的“恐龍滅絕”，而其深遠(yuǎn)影響更是難以估量。如何維護(hù)好地球家園，是我們最應(yīng)該考慮的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。