第一课 宇宙大历史

来自人文课堂,主讲老师谢田,我只是一个知识的搬运者和整理者。

有大爆炸,才有这个绚烂的宇宙。


观完了世界,才有世界观。

我们无时无刻不处在宇宙中,当你抬头仰望星空时,看见美丽星辰时,你是否想过我们为什么会站在这里。

要讲历史,首先要知道什么是历史。

何为历史,在汉朝的农田里,有个农夫砍了一颗树,你说它发生过吗,发生过,但是能够称为历史吗?答案是不能,因为没有人记录,换言之,被记录下来,被解读的才是历史。真实发生,并且有受众的才叫历史。那么历史是由人书写的,又是被人所解读的,那么历史就允许出错。出错也不叫出错,一个是解读的角度不一样,看法就不一样。就像对同一件事会有一千种读法一样。再一个是尺度不同,你站在一个省来看问题,站在一个国家来看问题,站在人类史来看,都会出现差异。那人类之前还有没有呢?有啊,恐龙时代,恐龙时代之前还有历史,真正的历史是宇宙史。

宇宙史

宇宙史开始于什么时候呢,开始于时间开始的时候,时间的开始就是宇宙史的开始,开始于迄今137亿年前,有科学家说是138亿年前,但差不多都是那个时间点。我们常说的宇宙其实是一个时间和空间的概念,上下四方为宇,古往来今曰宙。没有时间,就没有空间。我们的宇宙是三维的空间加一维的时间按3:1的比例存在的。有时间,代表宇宙史的开始。那不禁要问,时间之前呢?时间开始之前,宇宙是一个什么状态呢,是一个无穷的状态,而不是“无”和“空”。宇宙自始至终都没有空一说,这是认识宇宙的一个重要定律。那么那个时候的空间无限小,物质无穷多,宇宙所有的物质都聚集在无限小的空间里面。空间无穷小,物质无穷多的结果就是密度无穷大,温度无穷高。

大爆炸

就在一个特殊的节点,宇宙出现大爆炸,大爆炸就有了空间有了时间。就在大爆炸的一秒内,宇宙出现暴涨,空间自身的大爆炸。在大爆炸的三分钟之内,宇宙暴涨了1.5亿亿公里,也可能更大,但我们观测不到了,因为这已经是我们观测的极限了。那一瞬间,宇宙暴涨的速度比光速不知道快了多少倍,就有人问这不是出现了物理学悖论吗?不是说光速最快吗,那只是物体移动的速度不能快于光速,但空间膨胀的速度是没有限制的,想多大就多大。就这样,用了做一个三明治的时间,宇宙噌的一下暴涨到现在的范围。

万分之一秒

我们知道大爆炸之前,宇宙密度无穷大,温度无穷高,就在大爆炸的万分之一秒,温度下降到一万亿度。这时粒子结合成质子和中子。而粒子又分为正物质和反物质。正物质就是原子核带正电,电子带负电。反物质就是原子核带负电,电子带正电。正物质和反物质互相碰撞,就会出现光和能量。而正物质和反物质都是成对湮灭的,所以会有光。但是不知道为什么,正物质总是比反物质多一点,所以我们现在所知的星系都是正物质的。也许也有反物质的星系存在,但目前未知。

二,三分钟

就这样,又过了二,三分钟,温度下降到了十亿度。这时,强核力开始起作用。宇宙有四大力,分别是强核力,弱核力,电磁力和引力。强核力起作用,原子核直接发生激烈碰撞,就像拿着一根铁棍在公路上迅速划过一样,出现火花,而原子核发生的是核聚变,这时元素周期表第二个元素氦(He)出现,还伴随少量的锂。

二十分钟

过了二十分钟,核聚变结束。温度剧烈下降,密度也随着下降。这时只剩下原子核(H、He、Al)三种,那电子都去哪了,答案是飞走了。虽然这时候宇宙温度下降了很多,但依然非常高温,根据热力学定律我们知道,越高温,越容易自由移动。就好比我们煮水,水是液态时,不会乱窜,但变成水蒸气就会乱跑。这也是为什么热的时候吃辣椒会比冷的时候吃辣椒辣,也是一个原理。温度越高,分子移动速度越快。

宇宙放晴

再也没有谁比原子核还忠贞,足足等了电子38万年,才终于把电子捕获。大爆炸过了38万年,宇宙降温降到了三千度,温度下降,飞行速度减慢,一下子异性相吸。原子核就和电子结合在一起,产生了原子和分子。随后,出现了宇宙放晴。要知道,之前的宇宙是不晴的,有点像北京的雾霾天。那时光是无法直线运动的,宇宙中充斥着电子,现在电子被原子核捕获,光可以直线运动了,宇宙就晴了。

大爆炸的意义

一直在讲大爆炸,大爆炸的意义何在呢?主要有两个意义,一是揭示了宇宙是如何开始的,二是宇宙的基本规则形成,是力学,是四大力。四大力,构成了让物质结合在一起,构成了宇宙的一切。光速、相对论、量子力学都是在大爆炸的那一刻开始的。这些规则是不能被打破的,也是不能违反的。宇宙的发展是有阶段的,每个阶段都会产生相应的规则,是一个层层叠加的过程。阶段越早,越不可打破,阶段越晚,越不牢固。就像法老的金字塔,下面的基础倒塌了,上面的一切都不复存在。而这些规矩不能多一点,也不能少一点,好像宇宙是事先设计好的一样。就拿引力来说,引力再强一点,宇宙就会坍塌;引力再弱一点,宇宙就会更加分散,想要形成现在的样子还不知道要经历什么样的过程,或许都没有我们的存在。那这些超级精密的数字是谁设计的呢,就要提到下面的“强人则原理”。

强人则原理

举一个简单的例子来说明,今天我坐在这里写文章,前提是必须有我,那有我就必须有我父母的结合,那就必须有我父母的相遇相知相爱,不管之前他们在茫茫人海中相遇的概率有多低,但一定有一个历史发生过,因为有我在这里。那宇宙也是同意的原理。可能在出现这个宇宙之前,宇宙出现过无数多次大爆炸,但现在这个宇宙最适合。宇宙中的规则可能有无穷无尽种,但如果宇宙的规则,宇宙的数值不适合生命存在,就没有我们。我们今天站在这里,就说明宇宙必须适合生命的生存。无论宇宙有多么的不可思议,宇宙有多么的精确严格,都必须适合,因为我们在这里。即使有其他宇宙,那也和我们无关。

第一批恒星

在大爆炸到3亿年之间,宇宙是没有星体的,只有H、He、Al。但宇宙中的物质是分布不均匀的,有的地方多一点,有的地方少一点。但别忘了,引力是普遍存在的。多一点物质的地方,质量就会越大,质量越大,引力就越大,引力一大自然就会吸引旁边的物质,大的就变得越大,变成分子云,分子云足够大就会发生坍缩,坍缩密度就变大,密度越大,温度越高。当温度到达上千万度的时候,质子重新发生核聚变,出现第一批恒星。

恒星都是由核聚变点亮的,第一批恒星都是亮星。但要发生核聚变,就要燃烧物质。质量越大的恒星,年代越短,因为要燃烧的东西越多,燃烧完了就没有了。最快的恒星300万年就烧完所有的物质,就会变成超新星。超新星出现大爆炸,温度极高,物质之间发生强烈反应,出现了元素周期表后面的元素。出现元素周期表后面的元素对下一代宇宙的意义重大。宇宙越复杂,可能越多。宇宙的第一个篇章是物理的宇宙,随之而来的是化学的宇宙。

第二批恒星

凡是大太阳20倍的恒星,爆炸后都会变成黑洞。这个阶段宇宙的物质依然是不均匀的,物质越大,质量越大,引力越大,再形成分子云,坍塌,密度越大,温度越高,温度达到上千万度时,又发生核聚变,这时出现第二批恒星。但这批恒星和第一批是不同的,他们都有大哥,叫做黑洞。因为黑洞的质量最大,引力最强。所以这时候的宇宙是这样的,一个宇宙大哥带着一群恒星小弟,在引力的作用下,一样会发生碰撞,两个小黑洞相撞撞出一个更大的黑洞,在宇宙诞生的5亿年,出现最初的星系。在几十亿年之后,我们所在的银河系会和仙女星系相撞,距离我们太远,暂时不表。下面来说说地球。

地球

我们都知道太阳系的行星都是围绕太阳这颗恒星转的,但一开始的行星可没有这么规矩的。就像两辆赛车,在没有划线的赛道上发生碰撞的概率肯定远远大于在划好的线内比赛。所以,在不规则的轨道中运转,受引力的作用,一定会有行星越转越近,最后嘭的一声发生大爆炸。地球就是被这样两个很大的原始行星撞出来的。两颗行星相撞,力度极大,就好像一颗炸弹投在了一个楼房里,瓦砾乱飞,行星相撞当然也有瓦砾飞出来,形成了月球。

地球存在生命的四大条件

第一是:一个好邻居,月球

千万别小看月球,它对维持地球的正常运转有极大的稳定作用。没有月球,地球可能像一个陀螺一样在左右摇摆,不规则的运行在宇宙中是很危险的,随时都有行星大爆炸的特效镜头。所以,有一个好邻居是特别重要的,维护着你的安全。

第二是:地球好命。

每个星系都有一个金凤花带,地球就在这个金凤花带上,不偏不倚。什么叫做金凤花带呢,就是有稳定的温度和液态水。我们知道距离太阳的四大行星分别是水金地火。近一点,全是石头,水都是气态的;远一点,水都是固态的,是冰。那为什么液态水这么重要呢,因为液态水是最适合两个物质发生化学反应的。如果是气态,反应太快,结合能力就弱,还没来得及说说话就要放开。如果太冷,水变成冰也不好发生反应,反应太慢,就像你拿两颗石头在那里捂,半天也捂不热,结合能力也很弱。所以液态水最适合物质发生反应。这时候地球上有很多的碳,这可是个好东西,是组成有机物的核心要素。因为碳是各种元素沟通的桥梁,是元素中的交际花。有了液态水,有了碳,还有其他元素,那就反应吧,出现越来越复杂的物质,那就是有机物。

第三是:地壳板块运动。

如果说地球上最冷的地方在哪,你一定会答得出来,那就是南极。为什么?因为南极就是一个大大的冰盖,最厚的地方有3000多米。冰反射阳光,地面无法接收热量,那就只能越来越冷。以前的地球也是一个冰球,幸好有了地壳板块运动,才有了生命诞生的机会。地壳板块相互挤压,产生距离的火山爆发,高温的熔岩把冰盖消融,露出岩石。但地球不是一下子全部消融,而是一点点来的。一次比上一次热一点,再热一点,终于在寒武纪来之前,让地球迎来了春天。而且火山不仅助地球破冰,还提供了巨大的能量和其他物质资源。

第四个是:时间。

没有足够长的时间,地球是孕育不出生命的。如果明天哈雷彗星就要撞地球,那再好的位置,再好的邻居,再好的条件都无济于事。所以说,稳定是发展的前提。宇宙迄今为止已经137亿年,在别的星球上有生命的问题不大,但有智慧生命的像我们人类的生命的可能性不大。因为地球经过46亿年的时间才有了人类这种智慧生物,地球史是宇宙史的1/3,所以我们真的有可能是宇宙的第一批文明,是第一批有智慧的生物。当然,地球出现生命的原因肯定不止上面列举的四大条件,但不可否认,这四大条件的伟大意义。

了解了宇宙史,我们才知道为什么我们会存在,进而知道生命存在的来源。

思考题:宇宙是怎么出现的,从来都有两种基调,一种是科学家已经证明的宇宙创生论,一种是上帝创造论,那这二者的基本逻辑差别在哪里呢?

欲知后事如何,请听下回分解。

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