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第五篇 地外生命 ★宇宙生命的起源（第2页）

细胞的DNA含有整套控制细胞所有活动的指示。在细胞分裂前，这些指示通常会被复制成完全相同的另一套，以传给新细胞，这个过程称作“DNA复制”。复制过程包括DNA结构的拉开和转开，以及分开的两股各自形成新的另一股。因此，合成后的DNA分子各有一新股和一旧股。

DNA以“遥控”的方式来管理细胞，它通过“指挥”细胞“制造”蛋白质来工作，代替直接的参与。这些构造复杂且多变的蛋白质在细胞内扮演着各种角色。一个DNA分子可携带数以千计个制造蛋白质的密码，负责每个蛋白质密码的DNA段落则称为一个“基因”。蛋白质是以氨基酸为单位依序结合而成。

宇宙爆炸说

现代宇宙学中最有影响的一种学说。基本观点是，宇宙曾经历了一段从热到冷的演化。在这个过程中，宇宙不断地膨胀，物质密度不断变稀。宇宙的整个演化过程就像是一次巨大的爆炸。根据大爆炸宇宙学的模型，大爆炸的整个过程是：在宇宙的极早期，物质密度极高，温度也极高，在100亿度以上，宇宙问只有一些基本粒子形态的物质。而后，宇宙迅速膨胀，温度很快下降，当温度降至约10亿度时，化学元素开始形成。温度进一步降至100万度时，形成化学元素的过程结束，宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。温度再降至几千度时，辐射同物质分离，宇宙间主要是气态物质。在引力的作用下，气体凝聚成气云，并进一步形成恒星、星系，成为人们今天观测到的宇宙。大爆炸宇宙模型同其他宇宙模型相比能够解释较多的观测事实，因此，已被绝大多数天文学家所接受。

宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约150亿年前，在这片四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。

刚刚诞生的宇宙是炽热、致密的，随着宇宙的迅速膨胀，其温度迅速下降。最初的1秒钟之后，宇宙的温度降到约100亿度，这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤。随着这锅汤继续变冷，核反应开始发生，生成各种元素。这些物质的微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，并逐渐演化成星系、恒星和行星，在个别天体上还出现了生命现象。然后，能够认识宇宙的人类终于诞生了。

这幅大爆炸图景，是目前关于宇宙起源最可能的一种解释，被称为“大爆炸模型”。大爆炸理论诞生于20世纪20年代，在40年代得到补充和发展，但一直寂寂无闻。直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论，不过也只是觉得它很好玩，并不信服。人们更愿意认为，宇宙是稳定的、永恒的。

但是，越来越多的证据表明，大爆炸模型在科学上有强大的说服力，至少现在没有比它更好的理论。我们不得不相信，宇宙有一个开始，也将有一个终结。它产生于“无”，或许也终将回归于“无”。

1．沉寂的永恒

在人类历史的大部分时期，有关创世的问题，一向是留给神去解决的。宇宙起源于何处?终点又在哪里?生命如何产生?人类怎样出现?对这些疑问，许多宗教都能给出一份体系完备的答案。至于上帝从哪里来，这种问题是不该问的。直到最近几个世纪，人们才开始学着把神撇开，以超越宗教的角度，去思考世界的本源。这样一来，就有一个重大的原则性问题需要解决：宇宙是永恒存在的，还是有起始的?

这个问题长久以来一直困扰着科学家、哲学家和神学家，更不用说普通人。不同版本的宗教和神话都认为世界是有起始的，并把创世的时间定在不太遥远的过去——一般是几千年前。这当然不足为信，因为后来地质和天文观测都表明，地球和其他天体年龄大到在以亿年来计。如此长的时间实在难以想象，因此很多人倾向于认为宇宙一直存在，在时间上没有起源，即宇宙的年龄是无穷大。无穷大这个概念，一听就让人昏头脑涨：既然已经过去了无穷久的时间，我们的“现在”又是什么呢?而如果说宇宙是有起始的，那么它是怎样从“无”中突然产生的呢?我们真的需要一个创世的上帝吗?

以人类短暂生命中获得的知识，要完全弄明白这些是很难的。不过，我们可以从科学上寻求一些佐证，来尽量靠近真理。大爆炸模型的一个基本假设是宇宙的年龄有限，这个说法令人信服的直接理由，来自物理学中一条最基本的定律——热力学第二定律。这条科学史上最令人伤心绝望的定律，冥冥中似乎早已规定了宇宙的命运。

简而言之，第二定律认为热量从热的地方流到冷的地方。对任何物理系统，这都是显而易见的特性，毫无神秘之处：开水变凉，冰淇淋化成糖水。要想把这些过程颠倒过来，就非得额外消耗能量不可。就最广泛的意义而言，第二定律认为宇宙的“熵”（无序程度）与日俱增。例如，机械手表的发条总是越来越松，你可以把它上紧，但这就需要消耗一点能量，这些能量来自于你吃掉的一块面包，做面包的麦子在生长的过程中需要吸收阳光的能量，太阳为了提供这些能量，需要消耗它的氢来进行核反应。总之宇宙中每个局部的熵减少，都须以其他地方的熵增加为代价。

在一个封闭的系统里，熵总是增大的，一直大到不能再大的程度。这时，系统内部达到一种完全均匀的热动平衡的状态，不会再发生任何变化，除非外界对系统提供新的能量。对宇宙来说，是不存在“外界”的，因此宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡，万劫不复。这种情景称为“热寂”。

宇宙正在缓慢地、但坚定不移地走向这种不可抗拒的命运，几代智者为此怀疑人类的存在是否有意义。暂且抛开这种沮丧的情绪，作一个简单的推理，我们就可以发现，宇宙不可能有无限的过去。很简单，如果宇宙无限老，那它早就已经死了。以有限速率演变的东西，是不可能永远维持下去的。换句话说，宇宙必然是在某个有限的时间之前诞生的。

2．星辰远去

第二定律明示了宇宙有起始，19世纪的一些科学家曾模模糊糊地谈到过这个结论，如英国科学哲学家威廉·杰文斯在1873就曾提出应该有一个“创世”的时刻。不过大多数科学家都忽视了这个推论，它只是在后来成为大爆炸模型的佐证之一。该模型的提出，最早的理论基础是爱因斯坦广义相对论，实证基础则是19世纪末、20世纪初的天文观测。

大家都非常熟悉多普勒效应，最常见的例子是火车通过的汽笛声：当火车快速接近我们时，汽笛的音调升高，远去时音调则降低。音调的变化是由于声波相对于我们的频率发生了变化。

多普勒效应不仅适用于声波，也适用于光波。当运动光源的光波到达我们的眼睛时，光波的频率也会发生相应的改变。如果光源向着我们运动，我们看到的光就会向光谱的高频端（紫端）偏移；反之，如果光源离我们远去，光波就会向光谱低频端（红端）偏移。

多普勒效应是奥地利天文学家多普勒在1842年首先发现的。它首先被用于观察太阳和行星的自转。1968年，英国天文学家w．哈金斯首次应用此原理测量了天狼星的视向速度，并宣布它正以每秒47千米的速度离我们远去。这一数字不算精确，但基本结论是对的。此后，各国天文学家对其他恒星乃至河外星系进行了大量类似的观测。结果发现，星系光谱有普遍的红移现象。除了几个最近的星系外，所有的星系都在离我们远去。

1929年，天文学家埃德温·哈勃提出，这些星系的退行速度在有规律地增加，一个星系的退行速度与其距离成正比。这个规律叫做哈勃定律，它很快就为天文观测所证实。

离我们越远的星系远去得越快，为什么会这样呢?设想一个表面涂满小点的气球，当气球膨胀时，小点便各自远离。假设有个小人站在任一点上，在它看来，其他所有的点似乎都在离它远去，而且离它越远的点远离得越快。不论它站在哪个点上，效果都是一样的。（这也意味着，哈勃定律决不表示地球是宇宙的中心。）

星系这种远去的行为使人们觉得宇宙仿佛是在膨胀，就像膨胀着的气球一样。天文学家现在大都承认了宇宙膨胀这一事实。而且对爱因斯坦广义相对论中“场方程”的解释，能够与膨胀宇宙相符合。

3．爆炸的起点

既然宇宙一直在不断地膨胀，那么可以合理地设想，它在过去应该比现在小。如果能把宇宙史这部影片倒过来放，我们应该会发现，在很久很久以前的某个时候，所有的星辰都是聚合在一起的，宇宙最初是一个致密的物质核。

1922年，苏联数学家A．A．弗里德曼首先提出这种可能性。当时哈勃定律还没有提出，弗里德曼完全是通过理论推导得出此结论的。在此之前，爱因斯坦已经发现自己的方程只能描述一个膨胀或收缩的宇宙。但这位科学巨匠缺乏敢于预言宇宙并非静止的自信心，遂强行在方程中引入一个斥力，描述了一个静态宇宙。

弗里德曼指出，爱因斯坦静态宇宙是极不稳定、不可能维持的，一个膨胀的宇宙虽然听上去有些古怪，却更为合理。爱因斯坦被说服了。年轻的弗里德曼率先预言了宇宙膨胀。可惜天妒英才，弗里德曼未能看到他的理论被哈勃所．证实。1925年他因伤寒去世，终年37岁，其成果鲜为人知。

1927年，比利时天文学家勒梅特独立研究出了类似的膨胀宇宙说。由于宇宙一直在膨胀，所以它在过去某一时刻会体积非常小而密度非常大，这东西被勒梅特称为宇宙蛋。他还提出，宇宙一直在膨胀，并且是从过去的一次超级爆炸开始的；今天的星系就是宇宙蛋的碎片；而星系相互退行，就是很久以前那次爆炸的回波。

勒梅特的成果在当时也未受人注意，直到更有名望的英国大科学家爱丁顿阐述膨胀宇宙论，才引起科学界的普遍关注。到20世纪30年代和40年代，俄国血统的美国物理学家伽莫夫才真正普及了宇宙起源于爆炸的观念。有趣的是，“大爆炸”这个词，是一位大爆炸理论的反对者造的。这位叫霍伊尔的天文学家认为，认同大爆炸模型等于“公然邀请创世理论”，与上帝妥协，不是严肃的科学态度。

大致说起来，大爆炸模型是这样的：宇宙是不断膨胀的，而且由于引力的作用，膨胀的速度会随时间发生变化。万有引力作用于宇宙一切物质与能量之间，起到刹车的作用，阻止星系往外跑，从而使膨胀速度越来越慢。在诞生初期，宇宙从高密度状态迅速膨胀，随着时间的推移，宇宙体积越来越大，膨胀速度越来越小。将此过程回溯到宇宙创生的那一刻，可以发现当时宇宙体积为零，而膨胀速度为无限大。这就是大爆炸。

大爆炸是空间、时间、物质与有量的起点。这些概念都不能外推到大爆炸之前。大爆炸之前是什么、什么引起了大爆炸，这些问题在逻辑上就是没有意义的。那以前所有的，只是“无”。

这个结论让人接受起来很不容易。1948年，两位奥地利天文学家邦迪和戈尔德提出另一种理论，承认膨胀宇宙但否认大爆炸。后来英国天文学家霍伊尔发展并普及了这一被称为“连续创生论”的理论。该理论认为宇宙是稳恒态的；在星系散开的过程中，不断有新的星系从空间中产生出来；形成星系的物质是无中生有的，而且运动速度非常缓慢，用现有技术无法测出。结论是，宇宙总是保持着同一状态，在没有限度的过去和没有限度的未来中，它一直是这样，没有开始也没有结束。