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读它! 解答你对万物由来的各种好奇

2021-09-17 09:50 来源:科技日报

  字里行间

  对于万物起源,我们并非全然无知,譬如过目难忘的那张图表——将138亿年的宇宙历史浓缩成1年,大爆炸发生在1月1日凌晨0点,待到12月31日的最后8分钟,现代人类方才出现——可帮助我们直观感受一鳞半爪。然而细究其原委,又充满暧昧不明之处:或是对术语的理解,或是对过程的推演,或是在回答孩子的穷根究底时露了怯。

  那么,不妨把解释权交给《起源:NASA天文学家的万物解答》一书,作者是英国天文学教授巴赫拉姆·莫巴舍尔。在本书中,莫巴舍尔不仅对自己精通的天文学知识如数家珍,也展现了跨专业的博学和融通。这是一种超然的视野:大到宇宙中的某项奇观,小到解决一个实际问题,将之简单地归入某一门学科往往徒劳无功。不问学科,任由好奇心驰骋,融合所知,方能求得真知。

  在全书开篇的两个章节,莫巴舍尔从宇宙大爆炸说到原子、分子、大分子的形成、生命的进化、种群的形成,渐至生态系统、生物圈的形成;介绍了科学思想的发展,包括许多我们耳熟能详的名字,他们既是在完成具体的探索,也在承继和发扬科学精神,倘非如此,便不会有我们今天对宇宙万物的了解。

  在其后真正的探索之旅中,莫巴舍尔带我们亲历了万物起源现场。宇宙诞生于大爆炸,这已经是共识,但科学家又是如何知晓138亿年前发生的事?不同的观察证据指向了同一结论,关于大爆炸,有三项证据。其一是埃德温·哈勃的发现,星系之间互相远离,远离的速度和星系之间的距离成正比,由此反推,在过去的某个时间点,它们的距离很近,近到是一个单一的点。第二项证据是乔治·伽莫夫提出的,他总结了大爆炸合成过程,质子和中子结合成氘的原子核,两个氘原子核又聚合成氦,天文学家据此预测了宇宙中轻元素(即氘、氦、痕量的锂、铍)的丰度,与实际观察相吻合。其三是宇宙背景辐射,被视为“大爆炸的余晖”,均匀充满整个宇宙,138亿年来的空间膨胀令背景辐射的温度下降。

  虽然在这部起源的历史中,我们的地球姗姗来迟,但行星系的起源一章已经让人倍感亲切了。说到行星的宜居条件,莫巴舍尔娓娓道来,一颗能够养育生命的行星必须满足五大条件:它的母恒星必须寿命足够长,使得生命有时间发展;它须处于离母恒星一定距离的宜居带,不太冷也不太热,有液态水的存在;它须有足够质量来维持大气;它须含有支持生命必需的化学成分;它须是一颗类地行星。我们惊叹身处的这颗蓝色星球无比珍贵,而寻找地外文明这一引人入胜的话题,不只是科幻故事里的天马行空,也当立足科学的根基,遵循真实的线索。

  即便有了合适的环境,孕育生命的过程也是复杂的。模拟一锅地球“原始汤”,尝试从中培育出生命,想法虽然有趣,然而有多少无功而返的科学家,就说明实现生命从无到有是多困难。其中赫赫有名的是本书中提及的米勒—尤里实验,得名于两位科学家斯坦利·米勒和哈罗德·尤里。他们分别用两个连通的玻璃烧瓶模拟早期地球的海洋和大气——一个烧瓶装满水,一个烧瓶装满甲烷和氨。前一个烧瓶加热产生水蒸气,后一个烧瓶引入电火花反应,并冷凝液体,模拟地球水循环。持续1周后,在最终产物里发现了氨基酸和有机分子。不过,有了简单的分子,只是孕育出生命的第一步。它们还得结合成长链蛋白质、学会自我复制、再堆积到由膜包围的封闭结构中,形成原始细胞……每一步都需要更加苛刻的条件和偶然性。就连细胞的大小都有门道!莫巴舍尔解释,当物体体积增大的时候,表面积的增加幅度相对没那么大,所以为了更有效率地运输物质、排出废物,细胞都是小小的。如是观之,那些被我们称作“低等生物”的早期生命,在演化之路上也是有策略的佼佼者,它们可一点都不低等。

  从我们灵长目的祖先到人类文化的起源,只占了全书一个半章节的篇幅,古老文明不过弹指一挥。但关于起源的所有故事,我们探索未知的所有努力,我们理解世界的口口相传,又何尝不是共同的历史,将我们与周遭万物紧密相连。物理公式和化学元素,地理疆域和细胞演化,不是我们需要去记忆、去学习的知识,而是等待我们去欣赏的画卷,充满着细节的精彩注脚,构筑起对世界、对未来的热忱。◎乐倚萍

(责任编辑:支艳蓉)

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2021-09-17 09:50 来源:科技日报
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