人类文明不断发展让我们自然而然的习惯于这个世界现有的样子,饿了有外卖,病了去医院,还有琳瑯满目的商品等着人们下单购买。这一切都那么自然,似乎世界本该如此。但是比尔·布莱森的这本万物简史回到了万物的起点,又按下了历史快进键,似乎通过回顾宇宙、地球、生命的发展,把读者带往终极哲学问题前:我们来自哪里,将去向何处。
纵观历史长河,人类认知这个世界的过程也是万事万物的发现史,根据人类探索世界的时间轴,分成了三个阶段:
第一个阶段是探索宇宙
第二个阶段是丈量地球
第三个阶段是探求生命
每一个阶段就像一本尘封的典籍,需要先进的科技钥匙才能打开禁锢的封印,一窥其中的奥秘,下面让我们看看人类是如何完成这三个阶段的探索工作的。
宇宙有多大?对于这个问题人类着实困惑了几个世纪。
1769年法国天文学家约瑟夫·拉郎德首先算出了地球到太阳的距离。他利用金星凌日天文现象,通过三角测绘法得出地球到太阳的平均距离略略超过1.5亿公里,这个数值和今天算得的精确距离,1.49597870691亿公里,只有那么一点点误差。
不过人们又开始猜测,太阳光需要多久才能走完这点距离到达地球呢?这还需要先等到能测定出光的速度才能算出这个时间。
1887年,迈克尔逊和莫雷通过实验证明了光的速度在各个方向,各个季节都是一样的。再加上1905年,爱因斯坦创立的狭义相对论,更从理论上证明了光速是宇宙中最快的速度而且永恒不变的。光在宇宙中的行走一年的距离为9.4607×1012千米,从太阳到地球差不多需要大约8分20秒钟。这就为科学家提供了非常好的丈量工具。由此使人类一下子弄清了宇宙性质的核心,使天文学家的视野一下子开阔了几十亿年。十几年后,爱因斯坦又在1917年发表了广义相对论,解决了运动中的物体,尤其是光,在遇到引力这样的障碍时的问题。
讲到这里我们不得不提及一位比利时学者乔治·勒梅特,他把实践和理论结合起来,创造了“烟火理论”,这个理论讲的是宇宙一开始就是个几何点,它突然爆发,一直向四面八方散开,这个理论最后演变成了现代大爆炸理论。但是当时并没有引起关注,直到新泽西州的两个年轻人发现了宇宙背景辐射,大爆炸才从一种有趣的想法变成了一种确定的理论。
这两个年轻人叫阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊,1965年,他们在美国新泽西州霍尔姆德尔德贝尔实验室,想使用一根大型通信天线,但是他们一直收到一种连续不断的咝咝咝的噪声,这种噪声一刻不停,来自天空中各个方位,日日夜夜,一年四季不间断。两位年轻人尝试了各种办法,重新组装仪器,掸去每一颗灰尘,用胶布封住每一条接缝,甚至爬进天线清理鸟粪,可是这些努力丝毫不起作用。
彭齐斯和威尔逊听到的噪音,是宇宙大爆炸残留的最古老的光,时间和距离已经将其转变成了微波,穿越大约1400万亿亿公里到达我们。如果你吧观望宇宙深处比作是在从美国纽约帝国大厦的100层往下看,假设100层代表现在,街面代表大爆炸时刻,我们发现最远的星系大约在60层,最远的东西–类星体在大约20层,而彭齐斯和威尔逊发现的宇宙微波把人类对宇宙的认知推进到了离街面不到1厘米的地方。
1979年,当时在斯坦福大学工作的艾伦·古思首先提出了膨胀理论。该理论认为,宇宙在大爆炸后的刹那间,宇宙就开始以每 10^{-34} 秒翻一倍的速度不停地膨胀。在一千亿亿亿亿亿分之一秒之内产生了引力,又过了极其短暂的时刻产生了电磁以及强核力和弱核力,之后又从无到有,突然有了大批光子、质子、电子、中子等等,每种物质的数量多达 10^{79}-10^{89} 。根据该理论,我们瞬间拥有了一个巨大的宇宙,而宇宙如此之大,直径至少有1000亿光年。
你有没有想过这样一个问题,如果你来到宇宙边缘,把头伸出帘幕,你的头会在什么地方,要是它不在宇宙中的话,你会看到对面是什么?这个问题可能你永远也得不到准确的答案,首先你永远到不了宇宙的边缘, 因为宇宙正在快速膨胀,就算不膨胀,目前科技也无法让你到达那里;其次按照爱因斯坦的相对论,宇宙是弯曲的,至于怎么弯曲,这个已经超出人类想象极限了,但是很有可能是回到起点。
虽然我们目前还没法精确测量宇宙的大小,对于宇宙的年龄是否能测量呢?这个问题还要回到广义相对论上。
广义相对论提出了许多见解,其中一条结论得出,宇宙总是在膨胀或者收缩。这个结论由埃德温·哈勃,在20世纪30年代初观察证实:天空中所有星系都在离我们远去。而且,他们的速率和距离完全成正比,也就是星系离我们越远,退行速率就越快。宇宙正朝着各个方向快速扩大。宇宙再也不是稳定、固定的,甚至不是永恒的了,而是有一个起点,或许也可能还有个终点,这也印证了宇宙大爆炸理论。
哈勃用了一个简单的等式对星系的运动距离和速度加以表示:
Ho=v/d(Ho是常数,v是星系的退行速度,d是它与我们的距离)
哈勃利用自己的等式计算出宇宙的年龄大约为20亿年,这个年龄怎么看怎么变扭,因为地球的年龄都比这个数大。1956年,天文学家又根据造父变星的多端变化,重新计算得出宇宙的年龄在70亿年到200亿年之间,虽然不是特别精确,但至少把地球的形成时间涵盖其中了。
在随后的几年,科学界又爆发了旷日持久的争论,威尔逊山天文台的阿伦·桑德奇经过几年的精心计算,得出哈勃常数为50,宇宙的年龄为200亿年。而得克萨斯大学的天文学家热拉尔·德·沃库勒认为哈勃常数为100,所以宇宙年龄只有100亿年。
一直到2003年2月,一个来自美国国家航空航天局及马里兰州高大德太空飞心中心的小组,利用一种名叫威尔金森微波各向异性探测器的新型卫星,信心十足地宣布,宇宙的年龄为137亿年,误差在1亿年左右,按照目前人类科技能力,这是目前探测最准确的年龄了。
人类除了对浩瀚宇宙充满无限好奇外,更关心的还是我们所处的地球。进入18世纪后,人们急迫的想了解地球有多大年龄,有多大体积,是怎么形成的。
按照当时的科技水平,人们最先完成的是测量地球的长度,最先采用严格测量方法的是一位英国数学家,叫理查德·诺伍德。他从伦敦开始,一边走一边不停地拉直和测量一根链子,过程中还要考虑土地的起伏、道路的弯曲,太阳的角度,在两年之后终于得出地球1度周长的长度为110.72公里,这个数字和现代精确测的数值比较,只有550米的误差。基于这个成果,人类总算是能知道地球的腰围尺寸了。1637年,诺伍德基于这个测量结果,出版了一本航海杰作《水手的实践》,由此名声大噪。
1774年,查尔斯·赫顿在遥远的苏格兰峡谷里待了4个月,对一座叫斯希哈林的山进行测量,希望通过山体和引力的关系,计算出地球的体重。根据他的测量结果,地球的质量为5000万亿吨,可惜这个结果是建立在假设这座山的密度和普通石头相当的前提下得出的。所以地球到底有多重,还要到1797年的夏末,卡文迪许把约翰·米歇尔留给他的几箱测量引力常数的设备装配起来之后,再经过近一年的努力之后,最后根据测量得出的引力常数推算出的地球重量为60万亿亿吨,跟今天用最精密仪器测量的地球准确重量597250亿亿吨相比,只有1%的误差。
也许你会认为,接下来测算地球年龄是一件相对容易的事情,然而实际情况并非如此,这一直要等到人类能够分裂原子,发明电视、尼龙和速溶咖啡以后,才能计算出我们自己这颗行星的年龄。
但是科学家们对地球年龄的猜测从来就没有终止过。在19世纪末,关于地球年龄,你会得到不同的说法,同为都柏林三一学院的两位地质学家,塞缪尔·霍顿认为地球已经23亿年了,而另一位约翰·乔利则得出8900万年的结论。美国人乔治·贝克尔则认为地球的年龄应该不会超过5500万年。这种混乱的局面需要等克莱尔·彼得森出面才终结,他拿出了无可辩驳的证据:地球至少已经存在许多亿年。
这要回到1661年,那时化学刚从炼金术分离出来,开始作为一门严肃而受人尊敬的学科存在,人们才开始在化学的道路上高歌猛进,甚至帮助人类测定了地球年轮。
1808年一位名叫约翰·道尔顿宣布了原子性质。而化学大师门捷列夫在1869年,根据原子量和物质特性排出了元素周期表,使化学变得有条有理,明明白白。化学这门学科开始进入一个全新的时代。
19世纪结束前,化学家们给了人类一个重要的惊喜。1896年,巴黎的亨利·贝克勒尔无意间发现了铀盐会释放某种射线,并把这件事交给了一位来自波兰的研究生调查,这位研究生名叫玛丽·居里。她发现岩石正在极其有效的把质量转变成能量,这种现象叫做“放射作用”。
之后新西兰的年轻人欧内斯特·卢瑟福发现放射性元素会衰变成其他元素,比如一个铀原子会慢慢衰变为一个铅原子,他还注意到任何一种放射性物质,其一半衰变成其他元素的时间总是惊人的一致,这就是著名的半衰期。这种稳定而可靠的半衰期变化可以当作一种时钟,只要计算出一种材料现在有多少放射性物质,在以多块的速度衰变,就可以推算出它的年龄。他尝试测试了一块沥青铀矿石,发现它已经有7亿年之久,比人们认为地球年龄还要古老,直接推翻了过去人们各种不靠谱的猜测。
虽然我们掌握了测量工具,但是要真正测算出地球年龄还要再等50多年。测定地球年龄的问题在于,你需要一块差不多跟地球一样古老的岩石才行,而地球上的古老岩石由于板块运动,早已深埋地心之中,想要破解这个难题,势必要另寻出路了。
1948年,年轻的克莱尔·彼得森在实验室中考虑,是不是可以利用地球之外的岩石,许多陨石实际上是太阳系早期留下的建筑材料,其内部肯定保留着原始的化学结构,测定了这些陨石,也就得出了地球年龄。
这件事说起来容易做起来却没有那么容易,由于当时人类开采活动、工业发展和四乙基铅汽油等原因,大气中铅的含量年年递增,所以彼得森的样品只要接触空气就会莫名其妙地不断受到大气里铅的严重污染,一直要到7年后的1953年,他才测算出陨石中微量的铀和铅。最终彼得森宣布地球的确切年龄为45.5亿年,这个年龄和我们今天所知道的年龄只有7000万年的误差。
生命在地球上的时间又有多长呢?如果我们把地球45亿年历史压缩成普通的一天,那么出现第一批最简单的单细胞生物时间大约在凌晨4点钟左右,有一小囊化学物质躁动了一下,于是就有了生命。在此后的16个小时里没有任何大进展。直到晚上差不多8点30分的时候,地球才向宇宙拿出一点点成绩,不过也就是一层静不下来的微生物,这一天已经过去六分之五了。然后,终于出现了第一批海生植物。20分钟后,又出现了第一批水母一级雷金纳德·斯普里格最先在澳大利亚看到的那个神秘的埃迪亚卡拉动物群。晚上9点4分,三叶虫开始登场了。快到10点钟的时候,植物开始出现在大地上。过不多久,在这一天还剩下不足两个小时的时候,第一批陆生动物接着出现了。由于10分钟左右的好天气,到了10点24分,地球上已经覆蓋著石炭纪的大森林,它们的残留物变成了我们的煤。第一批有翼昆虫亮相了。晚上11点刚过,恐龙迈著缓慢的脚步登上了舞台,支配世界达三刻钟左右。午夜前的21分钟,它们消失了,哺乳动物的时代开始了,人类在午夜前1分17秒出现了。按照这个比例,一个人的一生仅仅是刹那工夫。而整个现代人类存在的时间也只占地球的万分之一,实在短得可怜。
虽然在整个宇宙中极有可能存在和我们类似的生命,但是据目前的观察结果,在整个宇宙里,可能只有银河系里这么一个名叫地球的小行星拥有神奇的生命。这些生命生存的空间,从最深的海沟底部到最高的大山顶点,几乎全部生存范围只有28公里左右的厚度,与浩瀚的宇宙相比,那真的是微乎其微了。
但是,就算是要营造出这么一点点不起眼的空间,那也需要非常苛刻的条件才行:
优越的位置
首先距离是个关键因素,离太阳太近,地球上的一切都会化为蒸气;离太阳太远,一切都会结成冰块。1978年,天体物理学家迈克尔·哈特做了一些测算后得出结论,只要地球离太阳再远1%,或再近5%,地球上就不适于居住。自那以后,这两个数字被更精确地测算了一遍,放宽了一点——再远5%,再近15%,但仍是个窄带。
合适的行星
几乎可以肯定,要是我们的脚底下没有翻腾的岩浆,我们就不会在这里。不说别的,我们地球活跃的内部使大量气体喷涌而出,帮助建立了大气层,还为我们提供了磁场,保护我们不受宇宙辐射侵害。它还给了我们板块构造,不停地更新地面和使地面褶 皱。要是地球完全平坦,到处都会覆蓋著4公里深的水。那寂寞的海洋里也许会有生命,但肯定不会有足球比赛。此外,我们还需要有合适数量的合适元素才能组成我们。
需要有一颗伴星
你可能已经习惯每天晚上抬头看到的那颗月亮,但是没有那颗月球的持久影响,地球会像一个快要停转的陀螺那样摇摇摆摆,天知道会对气候和天气产生什么后果。由于月球持久的引力影响,地球能以合适的速度、合适的角度自转,为生命的长久和成功的发展提供一个必需的稳定环境。
合适的时间
我们在宇宙里的存在是个奇迹。假如在过去的46亿年时间里发生的一长串极其复杂的事件没有在特定的时间以特定的方式告一段落——举个最明显的例子,假如恐龙当时不是因为一块陨石的撞击而灭绝——你很可能只有几厘米长,长著触角和尾巴,趴在哪个洞穴里看这篇文章。
我们来到这个地球上,实在是十分幸运——这里的“我们”指的是所有的生物。在这个宇宙中,要想获得任何一种生命都是一个奇迹。当然,作为人类,我们更是双倍的幸运。
我们人类自己一直在找寻大自然演变出智慧人类的任何蛛丝马迹,希望从中能够发现幸运的人类究竟从何而来。
达尔文在1871年完成的《人类的由来》一书中,明确阐述了人与猿的亲缘关系。但真正证明人与猿之间联系的要数最有名的露西了。露西是由唐纳德·约翰森在1974年在埃塞俄比亚的哈达尔发现的几块318万年前的南方古猿化石。
这些化石给人的第一印象就是,露西身材短小,大概只有1米高。她会行走,不过非常明显,她是一位攀缘高手。这足以证明,一批类人猿刚刚开始走下树林学会行走,但是攀缘能力又还没有完全退化。
之后越来越多的人猿化石被挖掘出来,可以肯定的是,大约200多万年前的某个时候,一些接近于现代直立人的猿人开始离开非洲,勇敢地走向地球上的许多地方, 他们迁移的速度可能非常迅速,平均每年增加40公里,一路上跋山涉水,穿越沙漠,还克服了其他数不清的障碍,他们逐渐适应了不同的气候,不同的食物来源,最后成为一个唯一有能改变地球环境的物种。
在地球上,我们也许是最有智慧的生物,我们也许是万物之灵长,但同时也是万物最可怕的噩梦。
联合国发表于1995年的一个报告中指出,在过去400年中,已知的动物灭绝种数将近500种,植物650多种——并且指出这个统计“几乎可以肯定是低估了”,尤其对热带物种来说更是如此。地球在经历了五次物种大灭绝之后,正在经历第六次由人类活动造成的物种大灭绝。
实际情况是,我们不知道,我们一点儿也不知道已经做的许多事是什么时候开始做的,也不知道我们目前的行动对将来有什么影响。我们唯一知道的是,我们只有一个地球,应该好好照料这颗星球上的生物,不光为了它们,更为了人类自己。