少年图文大历史01?世界是如何开始的

宇宙的起源，大爆炸以前宇宙发生了什么？ “宇宙的起源是什么？”这是人类开始自觉自己的存在并进行反思时提出的疑问，一直是困扰人类的问题。人类想到了成千上万个与宇宙起源相关的小故事，并在民间口耳相传。所有的故事经过人类社会的几个阶段后变得更加生动形象，*终形成了各个宗教或是民族的神话故事。从宇宙在什么都没有的状态下突然出现的创世神话，到从混沌世界变成有序世界的开天辟地神话，以及宇宙的过去和未来都将继续存在的故事。 1981年，由教皇厅主办的有趣的学会在意大利梵蒂冈举行。学会的主题是“现代宇宙论”。当时的教皇约翰??保罗二世对于宇宙的起源进行了说明。我们节选其中几句话进行讲解。 “科学家一直在探索宇宙的起源，一直将这些没有解决的问题作为课题。但在我们宗教的立场来说，我们相信这些并不是物理学或者天文学的知识，而是形而上学的真理。” 虽然教皇允许科学家对自然进行探究，但是不让他们关心宇宙起源这个问题。他的态度是，对于宇宙模样与进化的探究当然有科学家的一份责任，但是宇宙起源这个问题还是要归属于宗教范畴。参加了本次学会的史蒂芬??霍金拜见教皇后这样说道： “我十分庆幸和欣喜教皇不知道我刚才在学会上演讲的‘宇宙没有起始或创造期的可能性’的内容。” 那么，科学家如何代替造物主说明宇宙的起源呢？这部分还是属于科学与数学的范畴。数学只要有不自相矛盾的解，就承认它的“存在”。换言之，在一定的时期内稳定的“存在”才能算作存在，而且须通过观测或实证来进行验证。只有通过科学的验证判断是否能上升到数学模型，才能说进入了科学领域。 然而，关于宇宙起源的理论现在刚刚走上确保数学性模型的安全性阶段。我们需要通过更精细的观测或是实验来确定这些理论是否是真理。但是到底应该如何验证，到现在为止谁都无法给出明确的答案。 因大爆炸而诞生的时候，宇宙小到我们现在无法想象，所以要想研究初期宇宙就要更多地发展涉及微观世界的量子力学。在这里简单地介绍一下亚历山大和霍金的提议，这是与宇宙的起源和数学有着紧密联系的事例。 在研究像电子一样小的粒子的量子力学领域时，理解粒子的叠加态是非常重要的。虽然在这个方面连物理学家都觉得很困难、易混淆，但是在微观世界中物质有很大概率是以叠加态存在的。例如，物体是以存在于此处的概率与存在于彼处的概率相叠加的状态存在的。换言之即为概率的存在。 试想一下在宇宙诞生之前（这时并不存在物理上适用的时间和空间）处于混沌状态的量子力学，想象一下被某种大小能量禁锢的能量壁垒。在这个壁垒中粒子重复着出现生成和消失的过程，那么这个状态的整个能量就会变成0，而这个状态在物理学上被称为“真空”或是“无的状态”。 若以古典物理学的视角来思考，带着比能量壁垒更小的能量生成的粒子翻越壁垒出来的概率为0。但是用量子力学来思考就会不一样。如此生成的粒子突破壁垒出来的概率绝非是0。因为正如前面所说，在粒子以重叠状态存在的微观世界中粒子逃出能量壁垒的概率不会是0。这种现象在量子力学上称为“隧道效应”。虽然这只是很小的概率，但其概率并非是0，所以处在壁垒内部的粒子在某一瞬间会跑到壁垒外边。 量子力学的隧道效应对于宇宙的起源有着很大的启示，如果跑出能量障壁外的概率不是0，那意味着什么呢？这些粒子在形成和消亡这一反复的过程中跑出来一个是“偶然的”，但是根据一定的概率来讲，它们却是“必然”会突破能量壁垒的，确切地说就是一定会在能量壁垒外存在。在某一瞬间必然出现的粒子开始膨胀，这就是科学家认为的大爆炸瞬间。 宇宙大历史，那遥远的开始 总之，宇宙在无的状态下，偶然却又必然地诞生了。若将这个理论放大来看，则在我们生存的宇宙之外还有更多在经历这个过程后出现的宇宙——这就是多重宇宙的概念。也许我们生活的宇宙只是无数个宇宙中的一个罢了。 虽然在这里我们不再做具体地描述，但除了刚才介绍的量子力学宇宙起源论以外，通过数学研究宇宙起源的方法也有很多。在现实中这种研究，越过数学的边界是无法进行可以弄清真伪的科学观测或实验的。即便如此科学家也在反复验证到底有没有验证量子力学宇宙起源论的方法。 仰望夜空时，不论是谁都有过对静谧的天空油然而生的既敬畏又空虚的感觉。那么星球是什么呢？我们人类与这些星球有什么关系呢？我们从何而来？我们在反复自问和寻找答案的同时，不知不觉中就会感到星球是距离我们很遥远的存在。那些星球到底是什么，和我们有什么关系，我们到底从何而来呢？ 让我们再一次回想一下星球的一生吧。宇宙通过“大爆炸”出现，本来很小的宇宙在诞生的瞬间迅速膨胀，变成了广阔的宇宙。宇宙极速膨胀时密度变小，温度变低，接着在这个充满能量的宇宙里产生了物质。 这些物质大概是按照元素周期律（从原子序数小的开始）的顺序出现的。先出现了氢元素，接下来是氦元素。现在宇宙中存在所有氢原子都是那时产生的。它们或是和别的原子结合成水，或是再分解变成氢元素。我们现在算是在不断重复利用那时候产生的氢元素。人体内的氢元素和水里的氢元素都是在那时产生的。现在的宇宙已经大到不再产生氢元素了。因为宇宙的温度和密度已经变得无法再产生那些质量大的元素了。 原子序数更大的重元素是在星球内部产生的。星球内部元素的原子核合并在一起的核聚变过程生成了新的元素。在这个过程中，星球放射光芒。起初是氢元素和氢元素合并在一起变成氦，接下来依次进行更复杂的融合从而产生构成我们身体的氧、氮、碳等元素。在质量更大的星球中经历着多样的核聚变，从氖元素到铁元素，产生了许多质量大的元素。 比铁重的元素是沉重的星球——超新星面临死亡时爆炸而产生的。超新星爆炸会产生巨大的能量，一瞬间温度会急剧上升。这时比铁重的元素就会雨后春笋般出现。有时随着核分裂出现新元素（一般高放射性元素就是这样产生的），元素也会在获得中子时变成新的元素。在这样的过程中，我们知道的元素填满了元素周期表，产生了构成我们身边大部分物质的元素。这些元素主要都是在星球的内部或是在星球灭亡的过程中产生的。 所以天文学家把炙热的星球内部称为我们身体的故乡。夸张来讲，从形成星球的星云中寻找人类起源的意义这一层面来说，可以将人类称为“可以思考的星尘”。这句话让人深刻地体会到在悠久广阔的宇宙中人类是多么微不足道的存在。 但是从另一个角度来思考，将从一颗星尘开始的宇宙历史整合后得出宇宙爆炸论这个结论的不也是人类么？这样看来人类是如此惊奇的存在，因为我们是整个身体承载着宇宙历史的“可以思考的星尘”。虽然我们现在才刚刚踏上月球，但我们是已经可以离开自己的星球去宇宙旅行的“勇敢的星尘”。让这成为可能的起点就是大爆炸。大爆炸就是“重大事件”的开端。 倘若你问科学的魅力之一是什么，那就是对同样问题的答案随着时代的变迁而发生变化。特别是对宇宙进行理解和分析的宇宙论的质疑总是无尽且相似的。宇宙是如何产生的，如何进化的，将来会如何发展的，这些问题是重大事件的核心问题。虽然神话和宗教反映了那个时代的问题和答案，但这样的答案不会随着时间的流逝而发生变化，然而科学总是接受新的解答，与时间和真理同行。 编者说：从重大事件中看“宇宙的诞生” 你想过这样的问题吗：我为何在这里？我是怎么出生的？人类来自哪里？星球如何产生？宇宙如何形成？就算不是针对某个具体的对象提出的问题，但也问过自己一次相似的问题，或者有可能在某一瞬间突然闪过这种想法。 小时候，我有日落时分站在家门前的胡同尽头仰望西边天空的习惯。这可能是傍晚去迎接下班回家的父母时，经常望着天空而养成的习惯。反正不知道从什么时候开始我就经常望着天空发呆。 就这样的某一天，还是小孩子的我突然觉得心里一阵漠然，同时又产生了一个疑问。问题变得越来越多，但却无法找到答案，就算是问了老师、父母、同学也没人能给出明确的答案。渐渐地问题变得越来越具体，但还是始终没有答案。绞尽脑汁思考的同时内心常常感到虚无缥缈。因为实在对答案充满好奇，所以决定当一个天文学家吧！ 其实我们都知道，这种根源性的问题一个人冥思苦想是无法得到确切答案的。重大事件将宇宙、生命和人类视为一体，试图对这种根源性问题进行解答。探究那些似乎与星球无关的历史事件和自然现象是如何紧密相连的工作就是“重大事件”的主要项目。在眼界更加开阔以后，我们就会认识到人类和人类历史终究是自然的产物。所有自然的开始就是“宇宙的开始”。 宇宙并不是为了人类而存在的。这毋庸置疑，但人类却总是忘却这个平凡的事实，我们经常会认为周围的事物和自然没有任何关系。但若冷静思考一下便可以发现那些微妙的联系。 眼镜由眼镜片和眼镜框组成。眼镜片一般由玻璃或塑料做成。虽然是人工合成的物品，但那些材料都是在自然中寻找到的。眼镜框也是一样，有用塑料做的眼镜框，也有用金属做的眼镜框。虽然都是人工制品，但是原材料都是从自然中取得，或是应用自然法则做成的。其他的事物也是这样，无一例外。 其实人类也是由物质构成的，和眼镜一样都是自然的产物。不论是人本身，还是人类制造的所有加工品都是从自然那里索取来的，其实我们对自然欠下了一大笔债。宇宙不是为了人类而存在，而是人类存在于宇宙之中。 将自然的范围扩大一些看看，有地球，有包含地球的太阳系，有像太阳系一样的无数星系。像地球一样，说不定在太阳系外的某颗行星上也存在着和人类一样有着一定能力的生命体。也许他们也像我们一样发展科学技术文明。总之，我们生活在汇聚了1000亿颗星球的银河中，在可观测宇宙中存在着1000亿个这样的银河，宇宙诞生了足足137亿年，我们就生活在这个广阔浩瀚的宇宙中。 无数银河中的一个，这个银河的数万颗星球中的一个就是我们的太阳。太阳的周围有地球，那就是我们生活的地方。然而，人类并非在宇宙诞生后的137亿年里始终存在的，比起这137亿年，人类存在的时间是很短的。当然我们每个人也许能活上100年，然后消失。也许在这个浩瀚的宇宙中极其微小的存在就是人类了。 让我们换一个角度来思考一下。诞生了137亿年的宇宙到现在还和我们有着联系，因而这一瞬间我们才会在这个位置上。在这个物质反复生成又消失的137亿年里，我们顽强地生存下来。因此称人类（当然所有的事物都是这样）为蕴含着宇宙悠久历史的存在。 人类的历史包含着这样的宇宙背景，每一个人都承载着这个不可抗拒的宇宙历史。我们现在理解了人类之所以存在的根本原因是宇宙大爆炸，弄清宇宙进化过程就是我们自己寻根的过程。当然*近十分流行多重宇宙论，也就是说我们的宇宙只是数万个宇宙中的一个。但是从这个观点来看，我们的宇宙也是始于大爆炸的瞬间。在这个意义上，重大事件的开端仍然是宇宙爆炸论和以此为基础的宇宙爆炸论故事，这才*为自然。 再次强调，因为有了宇宙，才有人类存在。宇宙并不是为了人类而存在的。但我们也是这浩瀚宇宙中询问和寻找自己存在意义的高贵的存在，是懂得反省和自觉的高贵的存在。这本书讲述的就是有关使这一切出现的*初事件的故事。