《起源》作者：巴赫拉姆·莫巴舍尔
今天我们要讲的书叫作《起源》，它还有一个副标题，叫作“ NASA天文学家的万物解答”。
这是一本探索从宇宙大爆炸到人类文明演进的数亿年历史的科普读物，它的作者巴赫拉姆·莫巴舍尔曾在美国国家航空航天局担任了7年的天文学家，写过250多篇科学文章。在这本书里，他为读者带来了从宇宙诞生到人类起源这段令人着迷的故事。
宇宙的起点与尽头
人类对于世间万物的起源有着天生的好奇心，数千年来人们不断发问，宇宙是怎么来的？宇宙的起点在哪里？地球为什么能创造出生命？恐龙如何成为地球上的霸主，又为何在转瞬之间全部消失了？人类诞生的目的又是什么？在成功登月后，人类能否走出太阳系，征服宇宙呢？
诸如此类的问题还有很多。但值得庆幸的是，我们生活的年代已经揭开了许多问题的答案，尽管有些仅仅是人们的推测，但借助科学的力量，我们对整个世界的认识已经达到了一个全新的高度。
首先，让我们来认识一下这个世界的基本结构，它是由空间和时间组成的。空间和时间的概念我们都懂，但想要把它用科学的语言描述清楚却也不是容易的事情。
古希腊哲学柏拉图曾经给时间和空间下过这样的定义，他说：“空间是事物形成的实体，而时间是天体运动的时期。”后来，这段描述又被他的学生亚里士多德补充道：“时间只能通过与运动之间的关系表现自己，而无法独自存在。”
在此后的一千多年里，人们都信奉着柏拉图和亚里士多德的观点，直到十七至十八世纪之间，著名物理学家牛顿提出了一个新的观点，他把时间从空间中独立出来，认为时间是单独存在的，牛顿将其称之为“绝对时间”和“绝对空间”。
紧接着到了20世纪，另一位伟大的物理学家爱因斯坦提出了一个更新的观点，那就是大名鼎鼎的“相对论”。
爱因斯坦在相对论中把时间和空间解释成宇宙中的几何弯曲，他认为一个具有质量的物体会使它周围的空间发生扭曲，造成空间中的其他物体产生加速度，发生加速运动，这种加速运动创造出了时间概念，物质之间的这种作用被他称作“引力”。每个有质量的物体都能在引力的作用下扭曲时空，而被它扭曲的这部分时空被称作“引力场”。
引力是宇宙中的四种基本力之一，另外三种基本力分别是强力、弱力和电磁力。
强力能把宇宙中的最小物质单位“夸克”组成质子和中子，然后再把质子和中子组成原子核。我们知道，原子核裂变可以释放巨大的能量，原子弹就是依靠这个原理制造出来的，而这种能量本质上就是强力创造的。
弱力是一种能让原子核衰变的力，它的作用极为微弱，因此被称作“弱力”。
强力和弱力都是在原子核的尺度内存在的，我们在日常生活中几乎感受不到它们的存在。但第四种力——电磁力就不同了，它与人们的日常生活密切相关。
观察电磁力最简单的方式就是找两块磁铁。事实上，我们生活中能感受到的力，除了引力之外的力，包括摩擦力和弹力都属于电磁力的范畴。而在微观世界里，电磁力能让电子围绕原子核旋转，还能让分子彼此作用，形成物质的稳定形态。如果没有电磁力的存在，整个宇宙都会变成一颗颗的原子。
理解了时空和基本力这些基础概念以后，接下来，我们就来聊聊宇宙的起源。
目前科学界最主流的观点是，宇宙来源于一次大爆炸。在大爆炸当中，宇宙以一种密度极大、温度极高的状态诞生，并以极快的速度向外膨胀。时至今日，宇宙的膨胀仍未结束。科学家可以通过观测银河系外星系远离我们的速度，推算出宇宙膨胀的速率，而通过宇宙膨胀的速率，还能倒推出此时此刻距离宇宙大爆炸发生的时间间隔，这个时间也就是宇宙的年龄——138亿岁。
在138亿年前的那场大爆炸中，在一瞬间，构成整个宇宙的一切物质被释放而出，这些物质起初以粒子状态出现，而在仅仅一秒之后，这些粒子中的质子和中子就开始结合成氘原子，也就是我们常说的重氢。重氢的状态并不稳定，它们还会继续发生反应，生成氢原子。
这个过程被称为“大爆炸核合成”。整个核合成过程在大爆炸10分钟后就基本结束了。此时的宇宙中充斥着氢原子和氦原子，而比它们更重的元素，要在几十亿年之后才会出现。
星球的诞生与死亡
在宇宙大爆炸之初，氢、氦这些原始气体像一张网一样均匀地铺在宇宙中，但在引力的作用下，一些气体开始汇集起来，形成密度更高的区域，这个区域被称作“晕”。晕会继续聚集周围的气体，直到质量足够庞大，大到太阳质量的100倍以上时，气体晕就形成了原星系。
在原星系的中心，气体会在引力的作用下形成一个漩涡，周围的气体被不断地卷到漩涡里，漩涡中的引力也会随着质量的增加而不断加大，当漩涡中心的气体无法支撑自身引力的时候，就会发生坍缩，形成一个致密的核，这个核就是原恒星，我们也可以把它理解为是恒星诞生前的种子。
原恒星形成以后，仍然会吸收周围的气体，继续提高自身的密度，这时，原恒星核内部的高温、高压会让两个较轻的氢核聚变成一个较重的氦核。只要原恒星内部出现了一次核聚变，它释放出的巨大能量就会触发更多的核聚变，于是原恒星就在核聚变的过程中，蜕变成为一颗真正的恒星。
不过，原恒星转变为恒星的过程要比想象中漫长很多，整个过程至少需要100万年的时间，而太阳从原恒星转变过来用了长达3千万年的时间。
当一颗恒星诞生以后，它的内部就会持续不断地发生核聚变，也就是燃烧氢的过程。我们站在地球之上能感受到太阳光的温度，就来自于太阳内部氢燃烧提供的热量。当一颗恒星内的氢全部燃烧殆尽后，它的寿命也就走到了尽头。
对于恒星来说，质量越大，寿命就越短，这是因为质量越大的恒星，内部的核聚变反应也更强烈。换句话说，就是氢燃烧得更旺盛，所以就会更早的耗尽自己的氢燃料。
恒星想要寿命长久，就要让自己的质量变小，但是恒星的质量也不能太小，因为想要形成一颗恒星，就需要有质量足够大的原恒星，否则就不能产生核聚变。科学家曾经计算过恒星的最小质量，大约是太阳质量的8%，没有恒星的质量能低过这个数字。
恒星的质量大小，不仅决定了它们的寿命长短，同时也决定了它们“死”后的状态。比如，拿太阳这种小质量恒星来说，当它耗尽了氢燃料以后，它的星核内部会继续发生核聚变，直到形成更重的碳元素。最终，太阳会变成一个碳核，它的体积差不多和地球相当，但质量只有现在的太阳的一半。由于这个碳核的外部会形成白色的表面，体积也缩小了很多，所以它被称为“白矮星”。白矮星就是小质量恒星生命的最终形态。
而质量达到太阳数倍，甚至数十倍的大质量恒星，在氢燃料耗尽后也会继续发生核聚变，不过由于大质量恒星的内部温度更高，所以它能够生成比碳更重的铁。当大质量恒星变成一个铁核后，它会在巨大的引力作用下发生坍缩，原子会被重新分解成质子、中子等基本粒子。
这时，中子由于无法承受强大的引力，会发出巨大的爆炸，这就是超新星大爆炸。在爆炸中，星核外部的铁元素外壳会被炸飞，但爆炸并不会影响到星核内部的中子本身，所以，爆炸后的大质量恒星最终会变成一个体积非常小的中子星。
除了白矮星和中子星，恒星在生命的最后阶段还可能演化出第三种形态，那就是“黑洞”。如果一个中子星的质量超过了太阳的3倍，那么它内部的引力还会促使它继续坍缩，此时由于中子星内部除了引力之外再无其他任何力的作用，所以强大的引力会把连同光在内的一切物质吸到中子星体内，这时的中子星就是我们通常说的黑洞了。严格来说，黑洞其实不是一个洞，而是一个立体的“球”。
地球的陆地与海洋
好，现在我们对太阳和其他恒星的诞生与死亡已经有了一个基本的认识，那么像地球这样的行星又是如何诞生的呢？
实际上，行星主要是由气体云外部那些没有被恒星吸进去的物质组成的。其中又被分为固态的类地行星和气态的类木行星。
类地行星更靠近恒星，太阳系中的类地行星从近到远分别是水星、金星、地球和火星，它们由岩石和金属组成。
类木行星离太阳的距离更远，它们也有四颗，分别是木星、土星、天王星和海王星那里温度更低，气体会在低温作用下发生冷凝，形成冰核，冰核会吸引周围的气体，所以类木行星的体积要比类地行星大得多。
地球大约诞生于45.6亿年前，不过当时的地球和现在完全不一样，它正处在熔融状态，看起来更像是一颗岩浆球。到了大约45.1亿年前，一颗和火星差不多大的天体猛然撞向地球，这次碰撞彻底改变了地球的命运。地球从原本的垂直状态被撞歪了23.5度，从而让地球的南北出现了四季变化。
更重要的是，这次撞击把地球撞成了两半，其中较小的那半被撞飞了出去，它就是现在的月球。月球在刚刚从地球分离出去的时候，它和地球的距离要比现在近很多，但数十亿年来，月球一直在以缓慢的速度远离地球。科学家估算这个速度大概在每年几厘米上下。
在那次天体撞击发生后，地球表面迅速冷却，形成了坚硬的地壳。而比岩石熔点更低的铁和镍等金属则留向了地壳之下，形成了地幔。而在地球的最内部，高压又让铁镍合金生成了固态的地核。结果，地球形成了由地壳、地幔和地核组成的三部分，样子大致相当于鸡蛋的外壳、蛋清和蛋黄。
不过，和鸡蛋不同，地壳并不是严实地包裹着地幔，而是一块一块地漂浮在地幔之上。它们被称作大陆板块。这些大陆板块时而组合，时而分裂。当板块之间发生接触时，经过撞击、摩擦就会形成山脉和高原。而撞击的过程，就会以地震的形式呈现出来。这也是地震通常发生在山区或者是距离大陆板块附近的岛屿的原因，因为这些地方通常是两个板块之间发生接触的地带。
而当板块之间分裂开的时候，下层的地幔就会从裂缝中涌出，这些地幔会在冷却后形成新的地壳，这些新形成的地壳比原来由岩石形成的大陆板块要薄很多，它们就是现在的海底，因此也被称作海洋地壳。由于海洋地壳主要是由地幔形成的，所以它们的金属含量也要比大陆地壳高很多。
地幔从板块之间涌出的过程，就是火山活动。由于海洋地壳比大陆地壳更薄，地幔更容易从中涌出，所以火山活动通常出现在海洋中。比如著名的夏威夷群岛就是一系列由火山喷发形成的岛屿链，再比如像日本、冰岛这样的海岛上存在着大量的火山。
生命诞生的奥秘
地球并不是宇宙中唯一拥有陆地和海洋的星球，离我们最近的月球就有陆地，而天文学家在很多星球上也都发现了海洋存在的证据，但这些星球却都没有生命存在的迹象，这又是为什么呢？
说起来，地球生命的出现的确有些“神奇”。因为在地球数十亿年的岁月中，曾遭遇过很多次毁灭性的打击，每次大灾难的发生都会造成至少70%的地球生物灭绝，有时灭绝的比率会高达90%以上，可是很快地球就会通过自我调节，重新创造出适合生命存活的环境，迎来再一次的生物大爆发，恢复生机盎然的景象。而赋予地球这种神奇魔力的是大气和水。
我们通常说水是生命之源，但大气对生命的重要性一点也不亚于水。如果没有大气层的保温作用，地球的温度会瞬间降至零下18摄氏度，地球表面的全部水分都会结冰，生命自然也就无法生存了。
此外，大气层中的臭氧可以吸收太阳的紫外辐射，它们就像一张巨大的保护罩，把整个地球包裹起来，保护陆地上的生物不受到太阳辐射的伤害。而且这个臭氧层保护罩还具有自动循环、自动修复的能力，臭氧在吸收紫外线以后会分解成氧分子和氧原子，同时向地球释放热量，当臭氧分解了足够多的氧分子和氧原子后，这些氧分子和氧原子又会自动结合成臭氧。
当然，大气对生命最直接的作用，就是让生命可以呼吸，植物通过吸收太阳光和二氧化碳实现光合作用，而像我们人类这样的动物，则通过吸收氧气实现新陈代谢。
除了大气，水也是生命不可或缺的存在条件。海洋中的水可以调控地球温度保持在一个相对稳定的范围里。如果地球温度过高，海水就会吸收二氧化碳等温室气体，从而降低大气温度。当气温降至零度以下时，海洋又会结冰，停止吸收温室气体，这时地球的温度又会再次升高。通过这样的循环作用，使地球的上的生物可以找到生存的节奏。
有大量证据显示，生命最初就诞生于海洋中。有科学家在海洋深处的岩浆喷发口发现了一种矿物质，它们可以进行新陈代谢，介于生物与非生物之间，是一种很难被界定的物质，科学家相信它和生命起源时的状态极为相似，甚至极有可能它就是生命最初的形态。
人类到来以前的地球主宰者
在人类出现在地球以前，地球经过了几次物种大爆发。最早的一次是5.5亿年前的寒武纪生物大爆发，当时的地球被海洋节肢动物主宰着，其中最有代表性的就是三叶虫。它们的身体有很多节，背上的甲壳看上去就像三片叶子。它们是一种生活在海底的动物，依靠过滤泥沙中的营养成分为生。比三叶虫稍晚出现的是珊瑚，它们大约出现在4.5亿年前，并且一直生存到了今天，可谓是海洋中的活化石。
在寒武纪生物大爆发后，生命开始从海洋走向陆地。其中，在大约4.2亿年前，一种叫作肉鳍鱼的动物也来到了陆地，它是现在陆地上所有两栖动物、爬行动物和哺乳动物的共同祖先。
然而，这样的生物大爆发在2.5亿年前就戛然而止了，当时的地球遭遇了一段冰河期，90%的海洋生物和75%的陆地生物因此灭绝，节肢动物也失去了地球主宰者的地位。而接替节肢动物主宰地球的是恐龙。
恐龙统治地球长达1.6亿年之久，它们进化出了庞大的身躯，其中陆地恐龙体长可以达到23米，体重达到27吨。恐龙遍布地球的每个角落，如今人们在世界各地都能发现恐龙的化石。
值得一提的是，恐龙很可能还是鸟类的祖先。生物学家最近的研究发现，有大量恐龙带有翅膀和羽毛，它们的身体结构和如今的鸟类别无二致。只不过，它们的体型要比鸟类大很多，它们的翼展可以达到11米，相当于一家小型飞机。
想象一下那些跟坦克和飞机一样大的恐龙统治地球的样子，场面一定十分壮观。但令人匪夷所思的是，大约在6500万年前，恐龙却突然从地球上消失了，目前最合理的解释是一颗小行星撞击地球，导致了恐龙的灭绝。
人类文明的诞生
在恐龙灭绝以后，哺乳动物开始站上了地球的舞台，其中又以我们人类最为突出，登上了主宰地球的顶点。
人类是从灵长目中进化而来的，我们的DNA和黑猩猩有着98%的相似程度。直到700万年前，人类才从类人猿中分化出来。早期人类诞生于非洲，他们在那里生存、演化，逐渐掌握了直立行走的能力。
在大约78万年前，人类祖先开始走出非洲，来到亚洲、欧洲，以及更遥远的美洲。在这些更加寒冷的环境中，人类学会了用火，他们不仅用火取暖，还用火烤制食物，烧制陶器，这正是人类文明的萌芽。
大约在1.1万年以前，人类开始进行农业活动，世界各地的人们驯化出了不同的植物，比如两河流域的麦子、中国的水稻、墨西哥的玉米等等，稳定的食物来源让人类不再四处流浪，而是扎根下来，形成了村庄和聚落。在农业的基础上，人类又发展出了纺织业、畜牧业，实现了文明的又一次飞跃。
真正意义上的第一个人类文明是诞生于两河流域的苏美尔文明，那里的苏美尔人发展出了文字、贸易和工业，同时发明了灌溉系统。此后，在中国、埃及、和南美洲也都出现了各自的文明。这些文明在时间的长河中，逐步延续到了今天。
