科教片《宇宙与人》 科教片《宇宙与人》解说词北京科学教育电影制片厂、 广电总局电影频道 电影频道节目中心联合出品 北京科学教育电影制片厂 、 广电总局 电影频道 节目中心联合出品 物质的宇宙能够演化出生命， 目前我们唯一所知道的就是我们自己的太阳系， 但准确地 说， 生命很吝啬地只选择了它的第 3 颗行星——地球， 生命在这颗星球上诞生并且改造这颗 星球长达近 40 亿年。从生态看，地球的美丽是独一无二的，然而今天的地球因为有了人类， 就不仅是生态星球，同时还是一颗文明星球。 地球上惟一直立行走的智能生物——人类， 今天已经非常轻松地生活在这颗行星上， 但 是，从古老文明走到现代文明，人类付出了巨大的代价。而二者之间的跨越的关键，恰恰要 取决于人类认识宇宙的深度。 1．望远镜的原始创意 ． 尽管有很多史前文明都显示了人类认知宇宙的兴趣，但在中国四川西部三星堆发现的 3000 多年前的青铜器，大概是表现得最执著的了。这是一个向往飞翔的古老集体，鸟是他 们普遍的偶像，鸟的眼睛被深深地崇拜着，而他们自己的眼睛，更被夸张地塑造了。这可能 是人类最早的期望通过眼睛这个器官的延长， 而求索宇宙的向往， 这也许是望远镜的最原始 的创意。 事实是，这种愿望终于在 400 多年前得到了实现。人类的眼睛真的延长了，望远镜给人 类文明所起的作用，可以说超过一切其它单件的工具，因为没有它，就没有可能了解天体的 基本运动，也就没有对神的勇敢的否定，就没有可能在天体的观察中得到的牛顿定律，也就 没有以这个定律为基础的现代工业社会。 人类在 400 多年前通过望远镜在宇宙中获得了驾驭 物质的法则，于是，我们的生活就从此日新月异。 太阳是我们拥有的一颗恒星。今天，人类对宇宙已经看得更远，理解得更深刻，这种理 解使我们已经能够认识宇宙作为一个整体的物质运动， 并且更加明确地认识到我们是物质运 动的结果，而宇宙中的星辰，就是全部物质运动的最重要的动力。 我们把自己拥有的一颗恒星叫做太阳， 它的光辉对地球的生命是最根本的， 阳光在地球 表面已经掠过了 40 多亿年，今天的生态就是纯粹阳光的塑造，这种塑造使得地球拥有了一 个长达 40 亿年的生命链。这个链条其实就是固体的阳光，因为生命的本质的含义就是把光 能变成物质的新陈代谢。 现在，我们可以精确地知道，这颗价值非凡的发光体非常的巨大，它的直径相当于 110 个地球，它的表面是 6000 度的高温，经过一亿五千万公里空间的传输，地球只得到它的光 辉的 5 亿分之一，但这已经足够了。 它的质量相当于 33 万个地球，但尽管这么大，如果全部是煤，发出同样的光和热只能 烧几千年。然而，它稳定地烧了 50 亿年，是什么东西这么经烧呢? 人类的燃烧概念是火，用一堆树枝燃烧几个小时，这就是我们的获取能量的概念。这个 基本的方式一直主导着人类的文明， 但这种燃烧根本没有使用宇宙中真正的能量宝库——原 子核，在本质上，木头的燃烧只是原子们互换位置放出一些化学能，燃烧后，原子核的质量 一点没有减少。 而太阳的燃烧和篝火原理完全不同， 它在让原子核燃烧。 爱因斯坦用著名的质能转换的公式计算出， 核能量能达到普通化学能量的 2000 万倍。 宇宙中最高效的核能是氢聚变成氦， 也就是 4 个氢原子聚变成一个氦原子， 这个过程可以有千分之七的物质转换成能量， 虽然只 有千分之七，但物质的能量太大，如果把 1000 克氢原子中千分之七的物质转换成能量，就 相当于 4000 吨石油和 6000 吨煤。 在一节只能烧几分钟的树枝中所蕴藏的核能，足以把一盏 100 瓦的灯泡点亮 100 万年。 太阳就是一个奢侈的使用核能的天体。 2．宇宙的物质结构 ． 那么，怎样才能燃烧原子核呢?这就要看我们宇宙的物质结构了。物质本身没有行为， 而物质中蕴含了 4 种力却决定了宇宙的一切。其中最强的是强力，它存在于强子之中，核能 就是靠它产生的，但这种力只在原子核的直径范围起作用，所以，产生核能就必须让它们相 互接触，也就是核聚变。 核聚变必须有中子，而另一种弱力，能使质子衰变成中子，并释放出射线，这个力是核 聚变不可缺少的。 而能否使核聚变发生，关键却在于电磁力，它比强力弱 100 多倍，不过它延伸得比强力 远，所以一般情况下强力被电磁力封闭着，如果突破不了电磁力，就不会有核聚变。其实电 磁力是一种非常温和而美好的力，它天生就有正和负，永远不会过分，所谓阴阳生万物。因 此它就构成了宇宙中最丰富的物质演化，包括生命。 引力是最弱的力，在单个原子中比电磁力弱几万万亿倍，但宇宙对它几乎没有限制，因 此它将会以多胜少，最终统治宇宙。 构成我们生命的主要是电磁力， 强力和弱力被封闭着， 而引力在我们身体中可以被忽略， 但我们的身体却能感觉到地球的引力， 因为引力会随着物质的增大而显示出来。 我们举起重 物时，就是肌肉中的电磁力在和地球的引力做抗衡，人们很多的锻练方法，就是用地球的引 力来增长我们肌肉中的电磁力的能量。 是引力最终打败电磁力， 是当一个物体变得像太阳这么大的时候， 这不仅能控制地球围 绕它旋转， 同时它的每个原子的引力都向中心塌缩并输送压力和热量。 而由于太阳的质量巨 大，因此它的引力就可以积累到极高的温度，温度越高，原子核运动速度越快，当达到 1000 万度时， 原子核的电磁力将无法阻挡高速奔跑的原子核相互碰撞的力量。 于是原子核的强力 终于在瞬间结合并让物质释放出巨大能量， 这就是核聚变， 是太阳以及宇宙中所有恒星诞生 的方式。 人类非常羡慕这种能源，但是目前只能破坏性地使用，这就是氢弹，一朵这样的核聚变 云能轻易地抹平一座几百万人的城市， 也许宇宙中所有的智能文明都要经历这样的考验： 道 德水平是否可以达到安全地使用宇宙中最强大的能源的程度。 人类正在尝试能够把核能的破 坏性变成建设性。 3．坐吃而不山空 ． 这是在四川乐山的一尊唐代大佛， 是一个一改休闲装束而神态庄严的弥勒佛。 按照佛经 的解释，它被授予主管光明和未来的责任。巧合的是，就在它视线的前方，一座中国的核动 力研究院正在研究未来的能源——核聚变。 这里要解决的难题， 是如何约束温度极高的核反 应。由于地球上任何物质都不能承受热核反应所需要的 1000 万度以上的高温，于是人们试验用能量约束能量，用强磁场来悬浮聚变的核能。目前， “核老虎”的笼子正在和“老虎” 较量， 这些复杂的管道， 也许不久就要编织出人类最辉煌的梦想。 这一天也许真的不太远了。 太阳的引力所造成的塌缩， 不仅引发核聚变， 而且塌缩的压力还是约束核能的极好的容 器。在巨大压力下，太阳每秒钟使用 5 亿吨的氢原子参与聚变，其中有 400 万吨的物质转化 为能量。这些数字听起来挺大，但和太阳的总质量相比，就微不足道了。太阳自存在以来， 只损失了万分之一的物质。 能量在它的大约 70 万公里的深处的核心产生， 要经过 1000 万年 才能上升到表面， 光在太阳的肚子里走得比蜗牛还慢， 正因为这样， 这个能量的 “亿万富翁” 才能从容地使用自己的存款，坐吃而不山空。 4．寒武纪生物大爆炸 ． 的确，我们需要一个如此长久的能源，因为地球上的生命存在了将近 40 亿年，而太阳 一定要比这个时间更长的存在， 至少在没有找到另一个宇宙生命模式之前， 我们无法证明这 个进化的时间能够缩短。不过，人们却发现，整个的进化史似乎被耽误了很多的时间，真正 的大型生命的进化历程实际上只有 5 亿年左右， 而大部分生命史都是在海洋中以微生物的形 态消磨时光。这段时间居然有 30 多亿年。人们发现生命的大型化和多元化全部集中在 5 亿 4 干万年前的寒武纪的地层里，而且它们似乎是突然的出现，非常整齐地站在了同一条进化 的起跑线上。这就是寒武纪生物大爆炸。 寒武纪是一个伟大的时代， 而中国云南澄江地区的帽天山更是这个时代的圣地， 因为在 这里发现了世界上最古老的寒武纪多细胞动物的化石。 大爆炸是生物学家们感到困惑的地方， 因为动物的大型化和多元化来得十分突然， 而进 化的复杂性似乎被寒武纪蕴藏的神奇力量给简化了。 究竟是什么力量突然把微生物变成了大 型的多细胞的动物呢? 在古老的年代，土壤中的含氧量很少，而寒武纪地层中的含氧量，随着年代的走近而丰 富增高。也许，正是这种气体引发了地球生命的辉煌。 现在，地球的大气中充满氧气，但是它们在天地之间一刻不停地循环，氧气是最活跃的 气体，它总是很快地和其它物质氧化，因此氧气只能是保持流水作业。如果地球上的植物现 在停止制造氧气，那么地球上的氧气很快就会枯竭。正因为氧气的这种活性，它才能贯穿在 大型生命的体内，从而产生剧烈的体能和高级神经的活动。 不过，陆生植物制造氧气的历史非常短，只有几亿年，它们对地球氧气的贡献是锦上添 花，而真正从零起步制造氧气的，是寄居于海洋中的藻类，它们通过一种叫做叶绿素的细胞 间复杂的分子的运动， 逐渐地把海洋中的二氧化碳转换成了氧气， 地球上的氧气全部都是从 绿色毛孔中分泌出来的。这种分泌持续了几十亿年，才让地球充满了自由氧。这个过程如此 漫长，是因为地球上存在着巨大氧消耗，大量的无机物都在被氧化，至今海洋中还蕴藏着大 量的氧化铁矿脉。 相信有一个时期， 地球上的海洋都被铁锈染成了红色， 那是铁元素在呼吸。 很可能，寒武纪是一个收获氧气的时代，因为这个时候的氧气一定是生产大于消耗。当 海洋充满氧气并持续稳定到一定的时间， 使用氧气的大型动物才能没有后顾之忧地改变自己 的形态，去充分地利用更好的能源。这种能源使得一部分动物身体结构扩大并且功能增多， 就好像有了汽油才有汽车一样，可以说，有氧才有生命的运动。 运动是寒武纪生命的重要进步，就像新司机刚刚上路，寒武纪的祖先们动作都很慢，它 们小心翼翼，笨拙但绝对拥有了前所未有的自由。大爆炸到现在大约 5 亿年， 在这之后生命进化的效率应该是很高的， 因此一个星球的生 命能否缩短它进化的历程，关键是看多细胞生命诞生的时间表。当然，寒武纪的地层还隐藏 着许多的秘密需要去思考， 但首先我们应该感谢它， 因为如果某种现在还不知道的因素再推 迟生物大爆炸的启动，那么，我们的命运也许就是另一个样子。 5．太阳终究不是永恒的能源 ．太阳终究不是永恒的能源 太阳终究不是永恒的能源， 庆幸地球在 5 亿年前启动了多细胞生命的进化， 使我们对太 阳没有任何危机感。然而，太阳毕竟在燃烧中衰老；它的氢不断地变成氦，最终，随着核心 温度的增加，氦原子核将会再度突破电磁力的屏障而碰撞，发生新的核聚变。 根据太阳的质量计算，在大约 40 亿年之后，太阳的氦聚变将开始启动。这就是说，在 太阳的核心，又诞生了一个新太阳，而这个温度更高的太阳会把外面温度低的太阳推出去， 它的体积将会因此而膨胀一百万倍以上， 宇宙中恒星在衰老的时候将会显得非常辉煌， 但这 种辉煌将毁灭地球，恒星的临近熄灭不仅不会减少热能，恰恰相反，一个百亿岁的太阳将会 把几亿公里的范围都变成火海，地球的一切生态构成都将崩溃，并最终被它吞噬。 太阳只有 2 次核聚变，90 亿年的氢聚变和大约 10 亿年的氦聚变。当氦燃烧完的时候， 太阳的引力会继续塌缩而且将没有抵抗， 此时， 它的力结构将会出现一些不稳定而喷出一些 外围的物质，然后这些物质会形成艳丽的光环。在宇宙中有许多这样的气体光环，这些都是 类似我们的太阳这样的恒星的死亡符号。 如果它们之中有被孕育过的生命， 不知它们有没有 足够的时间进化到智能，并且在它死亡之前寻找到新的居住地，幸运的是，人类有至少 40 亿年的时间来做准备。 死亡太阳的大部分的物质依然被引力牢牢控制着， 但因为引力不足以引发比氦元素更重 的碳元素的核聚变，所以这颗星球只有忍受塌缩，成为一颗和地球直径差不多，但比地球重 几十万倍的白矮星。尽管它模样改变了，但它的引力仍然能够控制太阳系剩下的天体。 6．宇宙演化最重要的动力 ． 在宇宙中，恒星的分类是按照它们死亡的方式，一类像我们太阳这种，最终安静地成为 白矮星，另一类是比太阳大 8 倍以上的恒星，它们的死亡是爆炸。恒星越大，寿命就急剧地 缩短，质量差 3 倍，寿命就差 750 倍。也就是说，一个比我们的太阳大 3 倍的恒星，它的寿 命就只有 I300 万年。所以，生命的进化是不可能托付给大恒星的。但是，宇宙的物质的丰 富和流动，却全靠它们。 宇宙在过去有过一个非常单调的开端，只有氢元素和少量的氦元素，然而宇宙在成长， 而成长的标志就是重元素的增加，这种增加使宇宙越来越丰富。宇宙的所有的奇迹，都是在 有了完整的元素制造之后。而制造元素，就是把氢元素以不同的数目聚合。而要完成所有元 素的聚合的场所、就是拥有巨大引力的大恒星。 从丰富物质角度来说，大恒星是宇宙中的精品，它们不仅能生产所有的元素，而且由于 恒星越大， 寿命越短， 因此周期也短。 所以， 恒星的巨无霸是宇宙制造元素效率最高的工厂。 不过，宇宙中最大的恒星的质量极限是一百个太阳，如果再大，就会因为自身的核反应过猛 而解体。 引力制造元素，但也束缚元素，小恒星大约能制造出十来种元素，但这些元素最终不能 在宇宙中流动。 大恒星能制造更多的元素， 一般超过太阳质量 8 倍以上的恒星就能使聚变一往无前， 其核心达到几十亿度的高温不断地创造不可思议的聚变。 每次聚变所产生的能量都使恒星膨胀 得更大一些。 于是它就像洋葱一样形成令人吃谅的多层核聚变的巨大空间， 这个空间可以达 到 100 亿公里，装下整个的太阳系。 在聚变的深入过程中，恒星变得越来越危险了。因为元素越重，聚变提供的能量越少， 而巨大的恒星又必须靠不断释放的核能支撑，然而，当聚变到排列第 27 位的铁元素时，摇 摇欲坠的恒星遭受到最致命的破坏——因为铁元素的结构极其稳定，它在聚变时不释放能 量。于是，巨大而膨胀的恒星将会因核心失去支撑而倒塌。 因此，恒星粉碎性的爆炸，能量的狂飙扫荡天庭，这就是超新星爆发。此刻它的能量相 当于正常恒星的 100 亿倍。在这个超能量的 瞬间，宇宙中所有的元素都被聚变出来了。 像金银首饰这种重元素，就是在超新星的爆炸中诞生的。当我们佩戴它们时，要记住宇 宙制造高档产品确实是代价很高， 它需要报废一颗至少比太阳大 8 倍以上的恒星， 才能使我 们披金戴银。 7．得天独厚的地球 ． 因为太阳对生命的威胁， 不仅在它的光和射线中， 它本身还是一个高温的等离子旋转体， 它会产生极强的磁场， 在太阳附近的行星都在这个磁场的笼罩之下， 这个磁场将会把一些带 电的粒子像风暴般甩出来，形成太阳风。由于它们能量极高。将会穿透大气层杀戮生命。 对付附带电蚊子，则需要一个腕；而磁场的产生要靠星球的内部热核和自身的旋转。在 岩石行星中，火星内部的热核不够大，金星有足够大的热核，但自转太慢，因此它们几乎没 有磁场。只有地球，同时具备足够大的热核和较快的自转，从而形成了完整的磁场。这个磁 场使太阳风无法侵入地球表面。或许，这就是地球优越于金星的原因。 不过，生命在地球上诞生，并不说明地球早期的环境多么好，而大气层和磁场也不会自 动地把地球变成天堂。实际上，地球的美丽要靠生命的拓荒。早期地球的二氧化碳比今天多 20 万倍，也有严重的温室效应，但生命却把二氧化碳当作食物吃掉了，把地球从远古地狱 般的情形改造成蓝天白云， 二氧化碳变成了它们的尸骨， 今天就混合在这些碳酸钙组成的山 体当中，被它们自己制造的湿润的气候切割成喀斯特地貌。实际上，动物的骨骼，里面融入 的碳酸钙，都是固化的二氧化碳，它们也是另一种形式的喀斯特风景。地球可以说是一个非 常出色的处理二氧化碳的生态工厂。 如果把金星放在地球的位置上，也许会和地球一样幸运，然而它今天就像一个火窑，没 有生命的大气层反而是一个更大的灾难。 由此也许证明， 生命能够忍受极为苛刻的星球地表 环境， 却对来自太阳的能量非常挑剔。 而正是这种挑剔， 使得即便在地球这样完美的行星上， 生命大部分的时间也都躲在海洋里，对陆地望而却步。和 40 亿年的海洋的生命史比起来， 陆地的生命史只有 4 亿年左右。 8．生命的登陆 ． 如果说海洋动物登上陆地历史不长， 是由于生物大爆炸在 5 亿年前才发生， 是可以理解 的。但植物也很晚才来到陆地，这似乎就不好理解了。一种解释这仍然是因为氧气，氧气所 形成的臭氧层能屏蔽可以穿透其它气体的紫外线。 有了臭氧层， 生命才能离开能防护紫外线 的海水在陆地上直接面对太阳。 地球大约在 4 亿年前形成了臭氧层， 于是生命就在这个时候 大规模地转移到陆地。陆地和海洋的进化衔接， 可以用今天仍然活着的古老的总鳍鱼来演示。 一个纯粹的深海 鱼类，都长着类似陆地动物的腿，显然；当时有很多鱼用腿走上了陆地，而这条鱼的祖先因 为勇气不够又退回去了。 我们就是那些勇往直前者的后代。 我们身体中， 都是勇敢者的基因。 不过，生命真正的登陆，不只是靠鱼长腿，还依赖于地球核心的动力。因为生命星球上 的充满水分的气候，必然要侵蚀地貌，如果没有造山的机制，那么地球上有过的山脉早就被 磨平了，平地就意味着没有河流。而没有河流的陆地，生命是不可能深入的。然而地球有一 个造山的发动机，这就是转动的热核。核心的岩浆通过层层地幔向上传导热量，由它而引发 的造山运动从来没有停止。 这种造山运动， 几乎每隔一亿年就把地球的面貌彻底地修改一次。 最近的一次最大规模的造山运动，离我们只有 4000 万年，它造就了地球上最高的喜玛拉雅 山脉和辽阔的青藏高原，同时也影响了至少半个地球的生态和人类文明的布局。 地球上的山脉和河流都是年轻的，生命的气候对地球表面的磨损要求地球不停地去修 复，保持地表上永远的高低不平，从而使生命在使用地球的陆地之后，还能享受到由河流所 贯穿的通向陆地深处的生命链；我们的地球在 40 多亿岁的高龄，依旧蕴藏着沧海桑田的生 机。 从地心传递的整个地球的活力对生命的存在、 进化， 都有着其它的和我们类似的星球不 可比拟的优势。金星上也有高山，甚至比地球上的山脉还高，但它们是几十亿年前形成的， 只是气候干燥没有被磨损掉，其它的岩石行星也都是这种苍老。不知这是一种巧合，还是必 然。总之一个没有生命存在的星球，它的表面物理动态也近乎于停滞。 地球的活力不只是制造山脉和河流， 它甚至改变整个大陆的形状。 当地心的热核一旦觉 得热散不舒服， 就会把陆地拱开， 就像一个婴儿踢被子一样。 这个踢的过程， 就是大陆漂移。 在最近的 2 亿年中，地球的大陆曾经从远古的 3 块，在 1 亿年前合成一块，接着又分开成今 天这样。 这种漂移不管是分，是合，都给生命的进化模式带来巨大的影响。今天的大陆，据考察 是自有生命登陆以来板块分割得最多的状态， 而每块大陆显然都有不同的生物种类， 实际上， 由孤立导致的生物多样性似乎比其它因素导致的多样性更加明显。 而我们的祖先————灵 长类，就是在大约 6000 万年前，相继在大陆板块相互漂移得最远的时候诞生的； 9．月球的抚摸 ． 地球充满活力，是因为地球的旋转。这种旋转，保护生命自远古存在并一直推动生物进 化到智能文明。但是，今天的智能文朗；却并不需要地球旋转得太快，因为过快的旋转所引 发的太多的地震，火山或者狂风都会给人类带来灾害。 我们运气很好，地球有一颗卫星——月亮。它的质量只有地球的八十分之一，但它的引 力足以成为一个给地球这个转轮安置的无形刹车，不断给地球的自转减速。在以往的 40 多 亿年里， 月球至少使地球自转速度减慢了一半， 而月球也随着地球的转速减慢放松了对它的 束缚，逐渐地离地球远去，远到当人类出现之后。从地球上看它的表面直径和太阳的表面直 径正好吻合，这给人类观测太阳的活动规律，带来极大的方便。 由月球造成的海洋潮汐每时每刻都抚摸着陆地， 正是这个把小小贝壳推动的力量， 亿万 年来，亿万次的摩擦，终于使地球的转速逐渐地从每天 10 个小时的昼夜交替，减慢成 24 个小时。 月亮留给我们足够做美梦的温馨长夜， 它赠给人类的最珍贵的礼物是地球有史以来最稳定的地壳。 月球离地球只有 38 万公里，因此人类可以看到它的表面轮廓。但无论人们怎样想象月 球上的神话，月球却是一颗死星球，月球和地球在同样的距离得到太阳的光辉，然而由于月 球比地球小得多，它们的命运就完全不同。 10．类似月球的卫星 ． 但宇宙是复杂的， 像月球这样的小天体如果遇到一些特殊的外在条件， 它们的表面会发 生难以想象的事情。在太阳系大行星的周围，有很多类似月球这样的卫星，它们虽然离太阳 很远，但却由于它们靠近引力巨大的行星，于是它们出现了和我们的月亮完全不同的情况。 木星是太阳系里最大的行星，质量比地球大 300 多倍，拥有 16 颗卫星，其中有 4 颗和 月亮差不多大。它们应该和月亮的表面状态相似，但情况完全不同。其中的木卫 1 离木星最 近，于是，木星的巨大引力搅动了它内部的热能，这些热能源源不断地从核心喷出，形成火 山， 火山的岩浆早巳多次覆盖了这颗星球的表面， 从现在的情形看， 火山依然在猛烈地喷发， 不知道它已经喷了多少岁月和将要再喷多久。然而，一个天体上有复杂的物理和化学动态， 对于我们研究生命起源是非常宝贵的。 而木卫 2 则是一个在零下 170 度的寒冷太空中， 居然可能拥有液态水的天体， ——外面 是冰，里面是水，它的冰层有被木星潮汐力撕扯后重新冻结的痕迹。这也许会证明除了核聚 变能以外，引力能也可以创造液态水。那么这也许意味着在远离恒星的地方也会有生命。因 为液态水被认为是生命存在的最直接的条件。 木星的成份基本都是氢气， 超新星制造的重元素在宇宙所占的比重毕竟很少， 所以大部 分还都是像氢气这样的古老物质。土星是最典型的氢气的产品，因为它的比重比水还轻，但 它的美丽的光环却是重元素。 土星的光环基本上是由岩石和冰块组成， 巨大的土星和它的稀 薄的光环的物质比例， 大概就代表了太阳系里宇宙的原始物质和超新星制造的重元素之间的 比例关系。 冥王星是太阳系最远也是最小的行星， 却使我们对它充满兴趣。 它和一个叫做查戎的卫 星相互围绕旋转。当它们的轨道靠近太阳时，在它们引力相交的空间，会出现一些蒸发的气 体，光谱分析可能是有机物质。也许，这个小小的怪诞的另类天体，会给生命的以外存在和 起源带来新的解释。 在太阳系的外缘， 还飘荡着几万亿颗脏雪球———彗星， 它们在更加遥远的空间围绕太 阳缓缓旋转，但有时其中的某些个体会脱离原有的轨道，向太阳冲去，其中的大多数，我们 不知道它们什么时候会冲到什么地方， 因为它们经过大行星的轨道时常常被改变方向。 由于 太阳系的大行星很多， 所以地球作为小质量的星球就有它不招惹是非的好处， 可以尽量地避 免对彗星的影响，减少发生在自己身上的碰撞。 1994 年； 人们目睹了彗木相撞的壮观场面， 块直径 10 公里左右的碎片连续在木星上 21 爆炸。这种撞击的每一下，据计算，都可以使地球的生态链崩溃。 11．恐龙时代 ． 有人说，恐龙时代就是因为彗星地球而结束的；但是，恐龙的灭绝并不是瞬间，从第一 批恐龙的死亡到最后一个恐龙种族倒下。其间经历了上千万年，而且即便有重大的灾变，也 是地球上所有的生灵都在劫难逃。 所以， 任何偶然事件都难以解释在各个角落都统治着地球 的大型动物的彻底灭绝。 但天体撞击事件依然是很多人愿意接受的地外因素对地球生命的一种干涉，不过也有观点认为，恐龙帝国是被花朵埋葬的。 恐龙有巨大的身躯，它们的食量很大，而食谱却非常单调。它们吃的是靠孢子繁殖的不 会开花的低级植物， 而当更具竞争力的拥有花这种新的繁殖器官的植物把恐龙喜欢的食物逐 渐挤出了大地时，固执的恐龙只能在繁花似锦的新世纪忍饥挨饿。当然，不能说，花是恐龙 的惟一杀手，但它们肯定比恐龙喜欢吃的植物更有生存的竞争优势。今天，我们还能在热带 雨林的角落里， 偶然看到不会开花的孤零零的恐龙时代的蕨菜植物。 我们应该庆幸它们的脆 弱，否则吃得饱饱的恐龙，也许今天还会漫步在我们星球上，那人类也许永无出头之日了。 12．引力保护伞 ． 总之， 的确我们更应该感谢大行星们的引力保护伞， 我们幸存到今天和它们的存在是有 关系的。 其实， 对生命而言， 最危险的是和其它恒星为邻。 虽然能够成为超新星的大恒星并不多， 但宇宙中的成双结对的恒星却很多。 当这些双星中的一颗成为白矮星， 而另一颗恒星又演化 为膨胀的红巨星时，就可能出现白矮星把进入自己引力范围的红巨星的物质吸到自己的表 面。当吸到一定的临界点，白矮星将会整体作为一颗核弹爆炸。这种爆炸所穿透的宇宙空间 和造成的破坏是难以估量的。 幸好，我们很孤独。我们存在的位置离其它的恒星很远，离最近的恒星也有 40 万亿公 里。这种孤独，导致我们很晚才能看清恒星也是动的，并使人类一直推迟到 400 年前才发现 地球不是宇宙的中心，使哥白尼临终前才哆哆嗦嗦地发表他的日心说。可以说，由于看不清 天上的星辰，人类在黑暗中摸索了很长时间，但为了给地球生命创造 40 亿年的安全空间， 我们宁愿人类的文明进程走一些弯路。 今天，人类真正在大尺度上了解自己，在宇宙中的位置，现在我们知道，我们肉眼看到 的满天的星辰都和我们的太阳一样，共同属于一个巨大的物质集团，叫银河系。银河系是太 阳们的摇篮，也是它们的墓穴。或者说，星系也是一个巨大的核工业体系，亿万颗恒星在这 里聚变和生产元素， 物质就在这个存在着巨大引力资源的地方生生灭灭地循环， 包括生命所 需要的所有原料、技术程序，都在这儿完成。 银河系有 4 条物质格外稠密的悬臂， 我们的太阳系以每秒 250 公里的速度在悬臂中穿行， 大约 2 亿 5 千万年转一圈。达其中，它平均 6000 万年在悬臂中，8000 万年在悬臂外，恐龙 是在悬臂外灭绝的，而我们在悬臂中诞生。这或许让我们对悬臂充满好感。 我们在银河的赤道圆盘上旋转， 这使我们正好看到银河系最稠密的那个角度。 这对我们 观察这个星系的确不方便， 但也许正因为这样， 使那些危险的星际大爆炸由于被恒星们相互 遮挡而减少了一些呢！事实是，近明年来，也就是人类在有了望远镜以来，尽管在宇宙中发 现了几百颗超 新星。但却还从没有发现过自己星系里的超新星，的确这个概率不正常，不过，在古代 人类却看到过银河系的超新星，其中最著名的是公元 1054 年由中国宋朝天文官员记录的那 颗，当时它照耀了 22 天，到今天经过将近 1000 年的扩散，已经成为一朵美丽的蟹状星云。 它的高能射线是否激发了古人的灵感还不能肯定， 但中国人的确在那个时期完成了包括指南 针在内的四大发明。 13．宇宙大爆炸 ． 星系并不是宇宙最大的物质集团，它们有更大的组织，我们的银河系就同大约 20 多个星系组合在一起，组成一个大星系团。在这个星系团中，银河系和仙女座星系是其中的最大 的两个星系，它们各有几千亿颗恒星，相距 3000 万光年，就是说每秒 30 万公里的光，在它 们之间旅行一趟都要 3000 万年。 在星系之外，似乎有无穷的星系，目前观测到最远的星系离我们有 130 多亿光年。 人类看到到的宇宙是有限的，然而，人类惊异地发现，即便不看到整个宇宙，也能判断 宇宙究竟有多大，在干什么。 人们依据的是多普勒原理，声音会在运动方向不同时发生变化，高亢代表靠近，低沉就 是离远。 光也是一种波，因此也有这个特征。只不过光是以颜色来表现：当一个天体向我们运动 时，光谱中的颜色向蓝色端移动，而近之，颜色向红色端移动。 一个叫做哈勃的美国人，发现了所有星系的光谱的共性，这就是在大尺度上，光谱都无 一例外地向红色端移动。于是，他宣布，相互远离是宇宙的基本运动，宇宙像气球一样在膨 胀。 发现宇宙在长大，其实也就是发现了宇宙曾经很小，并且也能判断它的年龄。爱因斯坦 的相对论则论证，宇宙的全部物质，大约在 150 亿年前全部浓缩在一个无限高温的奇点中。 现在，人类能证明宇宙开始于一个大爆炸。然而人类更确信的是，一个对万有引力特别 优惠的宇宙，必须从一个大爆炸开始，一切才能有秩序。 人类计算出的爆炸大约在 150 亿年前， 一个温度高得不可思议的能量奇点突然爆裂， 在 它瞬间膨胀中，温度开始下降，能量演化出物质，包括所有的基本粒子和 4 种力。在这个过 程中，惟一不受限制的引力一直收缩，而膨胀的宇宙力量就抗拒着这种收缩，从而使物质渡 过了极危险的阶段，也就是从引力的魔爪下逃生的阶段。 正由于大爆炸和引力的抗衡， 物质才被和谐地分布在宇宙的各个角落。 如果没有这个爆 炸的原动力，宇宙将无法支撑起一个结构，引力将毁灭一切；因此，我们的宇宙必须膨胀， 所有物质力量刚好在一种恰到好处的抗衡中实现最充分的物质演化。这是一个真正充满公 平，公正的奥林匹克精神的宇宙。 14．人类诞生和未来 ． 人类的出现， 可以说是最终实现了宇宙由物质向精神的飞越。 由大爆炸推动的 4 种力的 相互作用， 导致了我们幸运地成为宇宙物质运动的最大受益者， 拥有这样一个组合得非常完 美的体态。 人类的最终诞生，是我们星球上最重要的一件事。也许，这也是宇宙中最重要的一件事 情。人类进化证明了 40 亿年的生命史为人类的出现，作了全部生理上的准备，而这一进程 的最后冲刺是在大约开始于 500 万年前。 这时， 有一些灵长类放弃了动物的本能而以智能的 方式去求生存。这当中，许多尝试都遭到惨败，那些介乎于人和灵长类之间过渡状态的生物 灭绝了很多。但，我们的祖先仍旧义无反顾地踏着失败者的尸骨前进。它们坚持用工具代替 生理器官来使自己生活得更好， 而工具的使用使它们的口腔逐渐精致， 并最终进化出了语言， 显示了一个可以相互说话的动物在这颗星球上一定是最终的成功者。 人类的大脑这个超级信息处理前宇宙中最完美的智能结构。 到现在为止， 人类对自己大 脑的了解，还只是初级阶段。宇宙赠给我们的东西似乎很超前，以致于人类甚至还没有来得及在生理上做好接受的准备。 脑容量的快速增加显然是给人类的生育带来很大的痛苦， 人类的分娩因为婴儿的头颅太 大而在哺乳动物中是最艰难的。 智能生命和生理器官的不匹配， 几乎完全是由人类的女性默 默地忍辱负重地承受了，或者说，人类的进步是因为我们有坚强的母亲。 人类已经生活在一个快速节奏的现代文明之中， 智能生命比以往任何时刻都展示出更优 秀的生存风采，正是这种不断趋于完善的智能文明的社会结构，使人类赢得了整个星球，并 且正进入对地球以外空间的开发时代。 人类已经飞向其它星球， 显然， 人类把智能生命的崇高使命和对宇宙的不断进取联系在 一起，也许，不久太阳系就会注入更多的智能生命的标识，但我们用传统的时空概念不能想 象可以到太阳系以外的区域活动，因为离我们最近的恒星是 4.3 光年大约 40 万亿公里，就 连光单程跑一趟都要 4 年多， 而我们现在发现的最远的星系是 130 亿光年， 这些数据让我们 对宇宙的浩瀚望而生畏。 然而超越了经典物理学的爱因斯坦用相对论告诉我们， 宇宙的时空是可以改变的， 一切 的前提是因为宇宙中质量和能量以及速度可以转换， 宇宙速度的极限是光速， 就是任何运动 状态的物体，它的速度都不会超过每秒 30 万公里，因此，当物体运动接近光速时，其它的 物理条件就会发生变化，超越常识的不可思议的事情就会发生，物质的质量会变得无限大， 而时间也会趋向无限慢，也就是时空会缩小。 在中国古代，有两位僧人有一个晦涩的对话。一位僧人问另一位僧人，天上的云在飞， 是云动，还是风动?那位高僧回答，既不是云动，也不是风动，而是你的心动。 这里似乎就有相对论的宇宙观。 一般来说，电子以接近光速在围绕原子核运动，而决定时间刻度的是电子围绕的速率。 其实不管是蠕动的蚂蚁还是飞驰的汽车， 它们的原子核运动的速度相对于电子运动都可以忽 略，对电子围绕原子核的运动没有任何影响。但是当原子核运动的速度接近光速时，电子会 逐渐达到它的速度极限而越转越慢，这就意味着电子的振荡变慢。生命是由电子控制的，因 此生命过程将被延缓，时间自然变慢。 这就意味着人类可以通过提高速度使生命的进程变慢， 如果我们能把一万年当作一天来 过的话，宇宙旅行当然不在话下。人类长寿的秘诀，居然存在于速度之中。 宇宙，一个伟大物质演化的史诗，它一个没有知觉的物质系统，创造了一个不可思议的 能够理解它的生物。 从人类用笨拙的手在岩壁上用简单的图形记录自己的生活， 到创造辉煌的史前文明， 最 后穿越宗教的黑暗，迎来科学的曙光，只用了几万年。今天，人类更加强大，这种强大连人 类自己都为之振奋。的确，宇宙已经把物质智能交给了我们，但是精神的道德准则却要靠我 们自己来建设，否则，文明的级别越高，毁灭的概率也就越大。我们相信，一个还拥有 40 亿年太阳光辉的智能生命，将不会辜负如此厚爱我们的宇宙。 (字幕出现在星空的背景上——) 150 亿年前宇宙诞生 50 亿年前太阳系诞生40 亿年前生命诞生 500 万年前人类诞生 400 年前人类发现日心说 公元 2000 年人类进入高度发达文明 到目前为止，人类是宇宙中惟一已知的智能生命。
科教片《宇宙与人》 科教片《宇宙与人》解说词北京科学教育电影制片厂、 广电总局电影频道 电影频道节目中心联合出品 北京科学教育电影制片厂 、 广电总局 电影频道 节目中心联合出品 物质的宇宙能够演化出生命， 目前我们唯一所知道的就是我们自己的太阳系， 但准确地 说， 生命很吝啬地只选择了它的第 3 颗行星——地球， 生命在这颗星球上诞生并且改造这颗 星球长达近 40 亿年。从生态看，地球的美丽是独一无二的，然而今天的地球因为有了人类， 就不仅是生态星球，同时还是一颗文明星球。 地球上惟一直立行走的智能生物——人类， 今天已经非常轻松地生活在这颗行星上， 但 是，从古老文明走到现代文明，人类付出了巨大的代价。而二者之间的跨越的关键，恰恰要 取决于人类认识宇宙的深度。 1．望远镜的原始创意 ． 尽管有很多史前文明都显示了人类认知宇宙的兴趣，但在中国四川西部三星堆发现的 3000 多年前的青铜器，大概是表现得最执著的了。这是一个向往飞翔的古老集体，鸟是他 们普遍的偶像，鸟的眼睛被深深地崇拜着，而他们自己的眼睛，更被夸张地塑造了。这可能 是人类最早的期望通过眼睛这个器官的延长， 而求索宇宙的向往， 这也许是望远镜的最原始 的创意。 事实是，这种愿望终于在 400 多年前得到了实现。人类的眼睛真的延长了，望远镜给人 类文明所起的作用，可以说超过一切其它单件的工具，因为没有它，就没有可能了解天体的 基本运动，也就没有对神的勇敢的否定，就没有可能在天体的观察中得到的牛顿定律，也就 没有以这个定律为基础的现代工业社会。 人类在 400 多年前通过望远镜在宇宙中获得了驾驭 物质的法则，于是，我们的生活就从此日新月异。 太阳是我们拥有的一颗恒星。今天，人类对宇宙已经看得更远，理解得更深刻，这种理 解使我们已经能够认识宇宙作为一个整体的物质运动， 并且更加明确地认识到我们是物质运 动的结果，而宇宙中的星辰，就是全部物质运动的最重要的动力。 我们把自己拥有的一颗恒星叫做太阳， 它的光辉对地球的生命是最根本的， 阳光在地球 表面已经掠过了 40 多亿年，今天的生态就是纯粹阳光的塑造，这种塑造使得地球拥有了一 个长达 40 亿年的生命链。这个链条其实就是固体的阳光，因为生命的本质的含义就是把光 能变成物质的新陈代谢。 现在，我们可以精确地知道，这颗价值非凡的发光体非常的巨大，它的直径相当于 110 个地球，它的表面是 6000 度的高温，经过一亿五千万公里空间的传输，地球只得到它的光 辉的 5 亿分之一，但这已经足够了。 它的质量相当于 33 万个地球，但尽管这么大，如果全部是煤，发出同样的光和热只能 烧几千年。然而，它稳定地烧了 50 亿年，是什么东西这么经烧呢? 人类的燃烧概念是火，用一堆树枝燃烧几个小时，这就是我们的获取能量的概念。这个 基本的方式一直主导着人类的文明， 但这种燃烧根本没有使用宇宙中真正的能量宝库——原 子核，在本质上，木头的燃烧只是原子们互换位置放出一些化学能，燃烧后，原子核的质量 一点没有减少。 而太阳的燃烧和篝火原理完全不同， 它在让原子核燃烧。 爱因斯坦用著名的质能转换的公式计算出， 核能量能达到普通化学能量的 2000 万倍。 宇宙中最高效的核能是氢聚变成氦， 也就是 4 个氢原子聚变成一个氦原子， 这个过程可以有千分之七的物质转换成能量， 虽然只 有千分之七，但物质的能量太大，如果把 1000 克氢原子中千分之七的物质转换成能量，就 相当于 4000 吨石油和 6000 吨煤。 在一节只能烧几分钟的树枝中所蕴藏的核能，足以把一盏 100 瓦的灯泡点亮 100 万年。 太阳就是一个奢侈的使用核能的天体。 2．宇宙的物质结构 ． 那么，怎样才能燃烧原子核呢?这就要看我们宇宙的物质结构了。物质本身没有行为， 而物质中蕴含了 4 种力却决定了宇宙的一切。其中最强的是强力，它存在于强子之中，核能 就是靠它产生的，但这种力只在原子核的直径范围起作用，所以，产生核能就必须让它们相 互接触，也就是核聚变。 核聚变必须有中子，而另一种弱力，能使质子衰变成中子，并释放出射线，这个力是核 聚变不可缺少的。 而能否使核聚变发生，关键却在于电磁力，它比强力弱 100 多倍，不过它延伸得比强力 远，所以一般情况下强力被电磁力封闭着，如果突破不了电磁力，就不会有核聚变。其实电 磁力是一种非常温和而美好的力，它天生就有正和负，永远不会过分，所谓阴阳生万物。因 此它就构成了宇宙中最丰富的物质演化，包括生命。 引力是最弱的力，在单个原子中比电磁力弱几万万亿倍，但宇宙对它几乎没有限制，因 此它将会以多胜少，最终统治宇宙。 构成我们生命的主要是电磁力， 强力和弱力被封闭着， 而引力在我们身体中可以被忽略， 但我们的身体却能感觉到地球的引力， 因为引力会随着物质的增大而显示出来。 我们举起重 物时，就是肌肉中的电磁力在和地球的引力做抗衡，人们很多的锻练方法，就是用地球的引 力来增长我们肌肉中的电磁力的能量。 是引力最终打败电磁力， 是当一个物体变得像太阳这么大的时候， 这不仅能控制地球围 绕它旋转， 同时它的每个原子的引力都向中心塌缩并输送压力和热量。 而由于太阳的质量巨 大，因此它的引力就可以积累到极高的温度，温度越高，原子核运动速度越快，当达到 1000 万度时， 原子核的电磁力将无法阻挡高速奔跑的原子核相互碰撞的力量。 于是原子核的强力 终于在瞬间结合并让物质释放出巨大能量， 这就是核聚变， 是太阳以及宇宙中所有恒星诞生 的方式。 人类非常羡慕这种能源，但是目前只能破坏性地使用，这就是氢弹，一朵这样的核聚变 云能轻易地抹平一座几百万人的城市， 也许宇宙中所有的智能文明都要经历这样的考验： 道 德水平是否可以达到安全地使用宇宙中最强大的能源的程度。 人类正在尝试能够把核能的破 坏性变成建设性。 3．坐吃而不山空 ． 这是在四川乐山的一尊唐代大佛， 是一个一改休闲装束而神态庄严的弥勒佛。 按照佛经 的解释，它被授予主管光明和未来的责任。巧合的是，就在它视线的前方，一座中国的核动 力研究院正在研究未来的能源——核聚变。 这里要解决的难题， 是如何约束温度极高的核反 应。由于地球上任何物质都不能承受热核反应所需要的 1000 万度以上的高温，于是人们试验用能量约束能量，用强磁场来悬浮聚变的核能。目前， “核老虎”的笼子正在和“老虎” 较量， 这些复杂的管道， 也许不久就要编织出人类最辉煌的梦想。 这一天也许真的不太远了。 太阳的引力所造成的塌缩， 不仅引发核聚变， 而且塌缩的压力还是约束核能的极好的容 器。在巨大压力下，太阳每秒钟使用 5 亿吨的氢原子参与聚变，其中有 400 万吨的物质转化 为能量。这些数字听起来挺大，但和太阳的总质量相比，就微不足道了。太阳自存在以来， 只损失了万分之一的物质。 能量在它的大约 70 万公里的深处的核心产生， 要经过 1000 万年 才能上升到表面， 光在太阳的肚子里走得比蜗牛还慢， 正因为这样， 这个能量的 “亿万富翁” 才能从容地使用自己的存款，坐吃而不山空。 4．寒武纪生物大爆炸 ． 的确，我们需要一个如此长久的能源，因为地球上的生命存在了将近 40 亿年，而太阳 一定要比这个时间更长的存在， 至少在没有找到另一个宇宙生命模式之前， 我们无法证明这 个进化的时间能够缩短。不过，人们却发现，整个的进化史似乎被耽误了很多的时间，真正 的大型生命的进化历程实际上只有 5 亿年左右， 而大部分生命史都是在海洋中以微生物的形 态消磨时光。这段时间居然有 30 多亿年。人们发现生命的大型化和多元化全部集中在 5 亿 4 干万年前的寒武纪的地层里，而且它们似乎是突然的出现，非常整齐地站在了同一条进化 的起跑线上。这就是寒武纪生物大爆炸。 寒武纪是一个伟大的时代， 而中国云南澄江地区的帽天山更是这个时代的圣地， 因为在 这里发现了世界上最古老的寒武纪多细胞动物的化石。 大爆炸是生物学家们感到困惑的地方， 因为动物的大型化和多元化来得十分突然， 而进 化的复杂性似乎被寒武纪蕴藏的神奇力量给简化了。 究竟是什么力量突然把微生物变成了大 型的多细胞的动物呢? 在古老的年代，土壤中的含氧量很少，而寒武纪地层中的含氧量，随着年代的走近而丰 富增高。也许，正是这种气体引发了地球生命的辉煌。 现在，地球的大气中充满氧气，但是它们在天地之间一刻不停地循环，氧气是最活跃的 气体，它总是很快地和其它物质氧化，因此氧气只能是保持流水作业。如果地球上的植物现 在停止制造氧气，那么地球上的氧气很快就会枯竭。正因为氧气的这种活性，它才能贯穿在 大型生命的体内，从而产生剧烈的体能和高级神经的活动。 不过，陆生植物制造氧气的历史非常短，只有几亿年，它们对地球氧气的贡献是锦上添 花，而真正从零起步制造氧气的，是寄居于海洋中的藻类，它们通过一种叫做叶绿素的细胞 间复杂的分子的运动， 逐渐地把海洋中的二氧化碳转换成了氧气， 地球上的氧气全部都是从 绿色毛孔中分泌出来的。这种分泌持续了几十亿年，才让地球充满了自由氧。这个过程如此 漫长，是因为地球上存在着巨大氧消耗，大量的无机物都在被氧化，至今海洋中还蕴藏着大 量的氧化铁矿脉。 相信有一个时期， 地球上的海洋都被铁锈染成了红色， 那是铁元素在呼吸。 很可能，寒武纪是一个收获氧气的时代，因为这个时候的氧气一定是生产大于消耗。当 海洋充满氧气并持续稳定到一定的时间， 使用氧气的大型动物才能没有后顾之忧地改变自己 的形态，去充分地利用更好的能源。这种能源使得一部分动物身体结构扩大并且功能增多， 就好像有了汽油才有汽车一样，可以说，有氧才有生命的运动。 运动是寒武纪生命的重要进步，就像新司机刚刚上路，寒武纪的祖先们动作都很慢，它 们小心翼翼，笨拙但绝对拥有了前所未有的自由。大爆炸到现在大约 5 亿年， 在这之后生命进化的效率应该是很高的， 因此一个星球的生 命能否缩短它进化的历程，关键是看多细胞生命诞生的时间表。当然，寒武纪的地层还隐藏 着许多的秘密需要去思考， 但首先我们应该感谢它， 因为如果某种现在还不知道的因素再推 迟生物大爆炸的启动，那么，我们的命运也许就是另一个样子。 5．太阳终究不是永恒的能源 ．太阳终究不是永恒的能源 太阳终究不是永恒的能源， 庆幸地球在 5 亿年前启动了多细胞生命的进化， 使我们对太 阳没有任何危机感。然而，太阳毕竟在燃烧中衰老；它的氢不断地变成氦，最终，随着核心 温度的增加，氦原子核将会再度突破电磁力的屏障而碰撞，发生新的核聚变。 根据太阳的质量计算，在大约 40 亿年之后，太阳的氦聚变将开始启动。这就是说，在 太阳的核心，又诞生了一个新太阳，而这个温度更高的太阳会把外面温度低的太阳推出去， 它的体积将会因此而膨胀一百万倍以上， 宇宙中恒星在衰老的时候将会显得非常辉煌， 但这 种辉煌将毁灭地球，恒星的临近熄灭不仅不会减少热能，恰恰相反，一个百亿岁的太阳将会 把几亿公里的范围都变成火海，地球的一切生态构成都将崩溃，并最终被它吞噬。 太阳只有 2 次核聚变，90 亿年的氢聚变和大约 10 亿年的氦聚变。当氦燃烧完的时候， 太阳的引力会继续塌缩而且将没有抵抗， 此时， 它的力结构将会出现一些不稳定而喷出一些 外围的物质，然后这些物质会形成艳丽的光环。在宇宙中有许多这样的气体光环，这些都是 类似我们的太阳这样的恒星的死亡符号。 如果它们之中有被孕育过的生命， 不知它们有没有 足够的时间进化到智能，并且在它死亡之前寻找到新的居住地，幸运的是，人类有至少 40 亿年的时间来做准备。 死亡太阳的大部分的物质依然被引力牢牢控制着， 但因为引力不足以引发比氦元素更重 的碳元素的核聚变，所以这颗星球只有忍受塌缩，成为一颗和地球直径差不多，但比地球重 几十万倍的白矮星。尽管它模样改变了，但它的引力仍然能够控制太阳系剩下的天体。 6．宇宙演化最重要的动力 ． 在宇宙中，恒星的分类是按照它们死亡的方式，一类像我们太阳这种，最终安静地成为 白矮星，另一类是比太阳大 8 倍以上的恒星，它们的死亡是爆炸。恒星越大，寿命就急剧地 缩短，质量差 3 倍，寿命就差 750 倍。也就是说，一个比我们的太阳大 3 倍的恒星，它的寿 命就只有 I300 万年。所以，生命的进化是不可能托付给大恒星的。但是，宇宙的物质的丰 富和流动，却全靠它们。 宇宙在过去有过一个非常单调的开端，只有氢元素和少量的氦元素，然而宇宙在成长， 而成长的标志就是重元素的增加，这种增加使宇宙越来越丰富。宇宙的所有的奇迹，都是在 有了完整的元素制造之后。而制造元素，就是把氢元素以不同的数目聚合。而要完成所有元 素的聚合的场所、就是拥有巨大引力的大恒星。 从丰富物质角度来说，大恒星是宇宙中的精品，它们不仅能生产所有的元素，而且由于 恒星越大， 寿命越短， 因此周期也短。 所以， 恒星的巨无霸是宇宙制造元素效率最高的工厂。 不过，宇宙中最大的恒星的质量极限是一百个太阳，如果再大，就会因为自身的核反应过猛 而解体。 引力制造元素，但也束缚元素，小恒星大约能制造出十来种元素，但这些元素最终不能 在宇宙中流动。 大恒星能制造更多的元素， 一般超过太阳质量 8 倍以上的恒星就能使聚变一往无前， 其核心达到几十亿度的高温不断地创造不可思议的聚变。 每次聚变所产生的能量都使恒星膨胀 得更大一些。 于是它就像洋葱一样形成令人吃谅的多层核聚变的巨大空间， 这个空间可以达 到 100 亿公里，装下整个的太阳系。 在聚变的深入过程中，恒星变得越来越危险了。因为元素越重，聚变提供的能量越少， 而巨大的恒星又必须靠不断释放的核能支撑，然而，当聚变到排列第 27 位的铁元素时，摇 摇欲坠的恒星遭受到最致命的破坏——因为铁元素的结构极其稳定，它在聚变时不释放能 量。于是，巨大而膨胀的恒星将会因核心失去支撑而倒塌。 因此，恒星粉碎性的爆炸，能量的狂飙扫荡天庭，这就是超新星爆发。此刻它的能量相 当于正常恒星的 100 亿倍。在这个超能量的 瞬间，宇宙中所有的元素都被聚变出来了。 像金银首饰这种重元素，就是在超新星的爆炸中诞生的。当我们佩戴它们时，要记住宇 宙制造高档产品确实是代价很高， 它需要报废一颗至少比太阳大 8 倍以上的恒星， 才能使我 们披金戴银。 7．得天独厚的地球 ． 因为太阳对生命的威胁， 不仅在它的光和射线中， 它本身还是一个高温的等离子旋转体， 它会产生极强的磁场， 在太阳附近的行星都在这个磁场的笼罩之下， 这个磁场将会把一些带 电的粒子像风暴般甩出来，形成太阳风。由于它们能量极高。将会穿透大气层杀戮生命。 对付附带电蚊子，则需要一个腕；而磁场的产生要靠星球的内部热核和自身的旋转。在 岩石行星中，火星内部的热核不够大，金星有足够大的热核，但自转太慢，因此它们几乎没 有磁场。只有地球，同时具备足够大的热核和较快的自转，从而形成了完整的磁场。这个磁 场使太阳风无法侵入地球表面。或许，这就是地球优越于金星的原因。 不过，生命在地球上诞生，并不说明地球早期的环境多么好，而大气层和磁场也不会自 动地把地球变成天堂。实际上，地球的美丽要靠生命的拓荒。早期地球的二氧化碳比今天多 20 万倍，也有严重的温室效应，但生命却把二氧化碳当作食物吃掉了，把地球从远古地狱 般的情形改造成蓝天白云， 二氧化碳变成了它们的尸骨， 今天就混合在这些碳酸钙组成的山 体当中，被它们自己制造的湿润的气候切割成喀斯特地貌。实际上，动物的骨骼，里面融入 的碳酸钙，都是固化的二氧化碳，它们也是另一种形式的喀斯特风景。地球可以说是一个非 常出色的处理二氧化碳的生态工厂。 如果把金星放在地球的位置上，也许会和地球一样幸运，然而它今天就像一个火窑，没 有生命的大气层反而是一个更大的灾难。 由此也许证明， 生命能够忍受极为苛刻的星球地表 环境， 却对来自太阳的能量非常挑剔。 而正是这种挑剔， 使得即便在地球这样完美的行星上， 生命大部分的时间也都躲在海洋里，对陆地望而却步。和 40 亿年的海洋的生命史比起来， 陆地的生命史只有 4 亿年左右。 8．生命的登陆 ． 如果说海洋动物登上陆地历史不长， 是由于生物大爆炸在 5 亿年前才发生， 是可以理解 的。但植物也很晚才来到陆地，这似乎就不好理解了。一种解释这仍然是因为氧气，氧气所 形成的臭氧层能屏蔽可以穿透其它气体的紫外线。 有了臭氧层， 生命才能离开能防护紫外线 的海水在陆地上直接面对太阳。 地球大约在 4 亿年前形成了臭氧层， 于是生命就在这个时候 大规模地转移到陆地。陆地和海洋的进化衔接， 可以用今天仍然活着的古老的总鳍鱼来演示。 一个纯粹的深海 鱼类，都长着类似陆地动物的腿，显然；当时有很多鱼用腿走上了陆地，而这条鱼的祖先因 为勇气不够又退回去了。 我们就是那些勇往直前者的后代。 我们身体中， 都是勇敢者的基因。 不过，生命真正的登陆，不只是靠鱼长腿，还依赖于地球核心的动力。因为生命星球上 的充满水分的气候，必然要侵蚀地貌，如果没有造山的机制，那么地球上有过的山脉早就被 磨平了，平地就意味着没有河流。而没有河流的陆地，生命是不可能深入的。然而地球有一 个造山的发动机，这就是转动的热核。核心的岩浆通过层层地幔向上传导热量，由它而引发 的造山运动从来没有停止。 这种造山运动， 几乎每隔一亿年就把地球的面貌彻底地修改一次。 最近的一次最大规模的造山运动，离我们只有 4000 万年，它造就了地球上最高的喜玛拉雅 山脉和辽阔的青藏高原，同时也影响了至少半个地球的生态和人类文明的布局。 地球上的山脉和河流都是年轻的，生命的气候对地球表面的磨损要求地球不停地去修 复，保持地表上永远的高低不平，从而使生命在使用地球的陆地之后，还能享受到由河流所 贯穿的通向陆地深处的生命链；我们的地球在 40 多亿岁的高龄，依旧蕴藏着沧海桑田的生 机。 从地心传递的整个地球的活力对生命的存在、 进化， 都有着其它的和我们类似的星球不 可比拟的优势。金星上也有高山，甚至比地球上的山脉还高，但它们是几十亿年前形成的， 只是气候干燥没有被磨损掉，其它的岩石行星也都是这种苍老。不知这是一种巧合，还是必 然。总之一个没有生命存在的星球，它的表面物理动态也近乎于停滞。 地球的活力不只是制造山脉和河流， 它甚至改变整个大陆的形状。 当地心的热核一旦觉 得热散不舒服， 就会把陆地拱开， 就像一个婴儿踢被子一样。 这个踢的过程， 就是大陆漂移。 在最近的 2 亿年中，地球的大陆曾经从远古的 3 块，在 1 亿年前合成一块，接着又分开成今 天这样。 这种漂移不管是分，是合，都给生命的进化模式带来巨大的影响。今天的大陆，据考察 是自有生命登陆以来板块分割得最多的状态， 而每块大陆显然都有不同的生物种类， 实际上， 由孤立导致的生物多样性似乎比其它因素导致的多样性更加明显。 而我们的祖先————灵 长类，就是在大约 6000 万年前，相继在大陆板块相互漂移得最远的时候诞生的； 9．月球的抚摸 ． 地球充满活力，是因为地球的旋转。这种旋转，保护生命自远古存在并一直推动生物进 化到智能文明。但是，今天的智能文朗；却并不需要地球旋转得太快，因为过快的旋转所引 发的太多的地震，火山或者狂风都会给人类带来灾害。 我们运气很好，地球有一颗卫星——月亮。它的质量只有地球的八十分之一，但它的引 力足以成为一个给地球这个转轮安置的无形刹车，不断给地球的自转减速。在以往的 40 多 亿年里， 月球至少使地球自转速度减慢了一半， 而月球也随着地球的转速减慢放松了对它的 束缚，逐渐地离地球远去，远到当人类出现之后。从地球上看它的表面直径和太阳的表面直 径正好吻合，这给人类观测太阳的活动规律，带来极大的方便。 由月球造成的海洋潮汐每时每刻都抚摸着陆地， 正是这个把小小贝壳推动的力量， 亿万 年来，亿万次的摩擦，终于使地球的转速逐渐地从每天 10 个小时的昼夜交替，减慢成 24 个小时。 月亮留给我们足够做美梦的温馨长夜， 它赠给人类的最珍贵的礼物是地球有史以来最稳定的地壳。 月球离地球只有 38 万公里，因此人类可以看到它的表面轮廓。但无论人们怎样想象月 球上的神话，月球却是一颗死星球，月球和地球在同样的距离得到太阳的光辉，然而由于月 球比地球小得多，它们的命运就完全不同。 10．类似月球的卫星 ． 但宇宙是复杂的， 像月球这样的小天体如果遇到一些特殊的外在条件， 它们的表面会发 生难以想象的事情。在太阳系大行星的周围，有很多类似月球这样的卫星，它们虽然离太阳 很远，但却由于它们靠近引力巨大的行星，于是它们出现了和我们的月亮完全不同的情况。 木星是太阳系里最大的行星，质量比地球大 300 多倍，拥有 16 颗卫星，其中有 4 颗和 月亮差不多大。它们应该和月亮的表面状态相似，但情况完全不同。其中的木卫 1 离木星最 近，于是，木星的巨大引力搅动了它内部的热能，这些热能源源不断地从核心喷出，形成火 山， 火山的岩浆早巳多次覆盖了这颗星球的表面， 从现在的情形看， 火山依然在猛烈地喷发， 不知道它已经喷了多少岁月和将要再喷多久。然而，一个天体上有复杂的物理和化学动态， 对于我们研究生命起源是非常宝贵的。 而木卫 2 则是一个在零下 170 度的寒冷太空中， 居然可能拥有液态水的天体， ——外面 是冰，里面是水，它的冰层有被木星潮汐力撕扯后重新冻结的痕迹。这也许会证明除了核聚 变能以外，引力能也可以创造液态水。那么这也许意味着在远离恒星的地方也会有生命。因 为液态水被认为是生命存在的最直接的条件。 木星的成份基本都是氢气， 超新星制造的重元素在宇宙所占的比重毕竟很少， 所以大部 分还都是像氢气这样的古老物质。土星是最典型的氢气的产品，因为它的比重比水还轻，但 它的美丽的光环却是重元素。 土星的光环基本上是由岩石和冰块组成， 巨大的土星和它的稀 薄的光环的物质比例， 大概就代表了太阳系里宇宙的原始物质和超新星制造的重元素之间的 比例关系。 冥王星是太阳系最远也是最小的行星， 却使我们对它充满兴趣。 它和一个叫做查戎的卫 星相互围绕旋转。当它们的轨道靠近太阳时，在它们引力相交的空间，会出现一些蒸发的气 体，光谱分析可能是有机物质。也许，这个小小的怪诞的另类天体，会给生命的以外存在和 起源带来新的解释。 在太阳系的外缘， 还飘荡着几万亿颗脏雪球———彗星， 它们在更加遥远的空间围绕太 阳缓缓旋转，但有时其中的某些个体会脱离原有的轨道，向太阳冲去，其中的大多数，我们 不知道它们什么时候会冲到什么地方， 因为它们经过大行星的轨道时常常被改变方向。 由于 太阳系的大行星很多， 所以地球作为小质量的星球就有它不招惹是非的好处， 可以尽量地避 免对彗星的影响，减少发生在自己身上的碰撞。 1994 年； 人们目睹了彗木相撞的壮观场面， 块直径 10 公里左右的碎片连续在木星上 21 爆炸。这种撞击的每一下，据计算，都可以使地球的生态链崩溃。 11．恐龙时代 ． 有人说，恐龙时代就是因为彗星地球而结束的；但是，恐龙的灭绝并不是瞬间，从第一 批恐龙的死亡到最后一个恐龙种族倒下。其间经历了上千万年，而且即便有重大的灾变，也 是地球上所有的生灵都在劫难逃。 所以， 任何偶然事件都难以解释在各个角落都统治着地球 的大型动物的彻底灭绝。 但天体撞击事件依然是很多人愿意接受的地外因素对地球生命的一种干涉，不过也有观点认为，恐龙帝国是被花朵埋葬的。 恐龙有巨大的身躯，它们的食量很大，而食谱却非常单调。它们吃的是靠孢子繁殖的不 会开花的低级植物， 而当更具竞争力的拥有花这种新的繁殖器官的植物把恐龙喜欢的食物逐 渐挤出了大地时，固执的恐龙只能在繁花似锦的新世纪忍饥挨饿。当然，不能说，花是恐龙 的惟一杀手，但它们肯定比恐龙喜欢吃的植物更有生存的竞争优势。今天，我们还能在热带 雨林的角落里， 偶然看到不会开花的孤零零的恐龙时代的蕨菜植物。 我们应该庆幸它们的脆 弱，否则吃得饱饱的恐龙，也许今天还会漫步在我们星球上，那人类也许永无出头之日了。 12．引力保护伞 ． 总之， 的确我们更应该感谢大行星们的引力保护伞， 我们幸存到今天和它们的存在是有 关系的。 其实， 对生命而言， 最危险的是和其它恒星为邻。 虽然能够成为超新星的大恒星并不多， 但宇宙中的成双结对的恒星却很多。 当这些双星中的一颗成为白矮星， 而另一颗恒星又演化 为膨胀的红巨星时，就可能出现白矮星把进入自己引力范围的红巨星的物质吸到自己的表 面。当吸到一定的临界点，白矮星将会整体作为一颗核弹爆炸。这种爆炸所穿透的宇宙空间 和造成的破坏是难以估量的。 幸好，我们很孤独。我们存在的位置离其它的恒星很远，离最近的恒星也有 40 万亿公 里。这种孤独，导致我们很晚才能看清恒星也是动的，并使人类一直推迟到 400 年前才发现 地球不是宇宙的中心，使哥白尼临终前才哆哆嗦嗦地发表他的日心说。可以说，由于看不清 天上的星辰，人类在黑暗中摸索了很长时间，但为了给地球生命创造 40 亿年的安全空间， 我们宁愿人类的文明进程走一些弯路。 今天，人类真正在大尺度上了解自己，在宇宙中的位置，现在我们知道，我们肉眼看到 的满天的星辰都和我们的太阳一样，共同属于一个巨大的物质集团，叫银河系。银河系是太 阳们的摇篮，也是它们的墓穴。或者说，星系也是一个巨大的核工业体系，亿万颗恒星在这 里聚变和生产元素， 物质就在这个存在着巨大引力资源的地方生生灭灭地循环， 包括生命所 需要的所有原料、技术程序，都在这儿完成。 银河系有 4 条物质格外稠密的悬臂， 我们的太阳系以每秒 250 公里的速度在悬臂中穿行， 大约 2 亿 5 千万年转一圈。达其中，它平均 6000 万年在悬臂中，8000 万年在悬臂外，恐龙 是在悬臂外灭绝的，而我们在悬臂中诞生。这或许让我们对悬臂充满好感。 我们在银河的赤道圆盘上旋转， 这使我们正好看到银河系最稠密的那个角度。 这对我们 观察这个星系的确不方便， 但也许正因为这样， 使那些危险的星际大爆炸由于被恒星们相互 遮挡而减少了一些呢！事实是，近明年来，也就是人类在有了望远镜以来，尽管在宇宙中发 现了几百颗超 新星。但却还从没有发现过自己星系里的超新星，的确这个概率不正常，不过，在古代 人类却看到过银河系的超新星，其中最著名的是公元 1054 年由中国宋朝天文官员记录的那 颗，当时它照耀了 22 天，到今天经过将近 1000 年的扩散，已经成为一朵美丽的蟹状星云。 它的高能射线是否激发了古人的灵感还不能肯定， 但中国人的确在那个时期完成了包括指南 针在内的四大发明。 13．宇宙大爆炸 ． 星系并不是宇宙最大的物质集团，它们有更大的组织，我们的银河系就同大约 20 多个星系组合在一起，组成一个大星系团。在这个星系团中，银河系和仙女座星系是其中的最大 的两个星系，它们各有几千亿颗恒星，相距 3000 万光年，就是说每秒 30 万公里的光，在它 们之间旅行一趟都要 3000 万年。 在星系之外，似乎有无穷的星系，目前观测到最远的星系离我们有 130 多亿光年。 人类看到到的宇宙是有限的，然而，人类惊异地发现，即便不看到整个宇宙，也能判断 宇宙究竟有多大，在干什么。 人们依据的是多普勒原理，声音会在运动方向不同时发生变化，高亢代表靠近，低沉就 是离远。 光也是一种波，因此也有这个特征。只不过光是以颜色来表现：当一个天体向我们运动 时，光谱中的颜色向蓝色端移动，而近之，颜色向红色端移动。 一个叫做哈勃的美国人，发现了所有星系的光谱的共性，这就是在大尺度上，光谱都无 一例外地向红色端移动。于是，他宣布，相互远离是宇宙的基本运动，宇宙像气球一样在膨 胀。 发现宇宙在长大，其实也就是发现了宇宙曾经很小，并且也能判断它的年龄。爱因斯坦 的相对论则论证，宇宙的全部物质，大约在 150 亿年前全部浓缩在一个无限高温的奇点中。 现在，人类能证明宇宙开始于一个大爆炸。然而人类更确信的是，一个对万有引力特别 优惠的宇宙，必须从一个大爆炸开始，一切才能有秩序。 人类计算出的爆炸大约在 150 亿年前， 一个温度高得不可思议的能量奇点突然爆裂， 在 它瞬间膨胀中，温度开始下降，能量演化出物质，包括所有的基本粒子和 4 种力。在这个过 程中，惟一不受限制的引力一直收缩，而膨胀的宇宙力量就抗拒着这种收缩，从而使物质渡 过了极危险的阶段，也就是从引力的魔爪下逃生的阶段。 正由于大爆炸和引力的抗衡， 物质才被和谐地分布在宇宙的各个角落。 如果没有这个爆 炸的原动力，宇宙将无法支撑起一个结构，引力将毁灭一切；因此，我们的宇宙必须膨胀， 所有物质力量刚好在一种恰到好处的抗衡中实现最充分的物质演化。这是一个真正充满公 平，公正的奥林匹克精神的宇宙。 14．人类诞生和未来 ． 人类的出现， 可以说是最终实现了宇宙由物质向精神的飞越。 由大爆炸推动的 4 种力的 相互作用， 导致了我们幸运地成为宇宙物质运动的最大受益者， 拥有这样一个组合得非常完 美的体态。 人类的最终诞生，是我们星球上最重要的一件事。也许，这也是宇宙中最重要的一件事 情。人类进化证明了 40 亿年的生命史为人类的出现，作了全部生理上的准备，而这一进程 的最后冲刺是在大约开始于 500 万年前。 这时， 有一些灵长类放弃了动物的本能而以智能的 方式去求生存。这当中，许多尝试都遭到惨败，那些介乎于人和灵长类之间过渡状态的生物 灭绝了很多。但，我们的祖先仍旧义无反顾地踏着失败者的尸骨前进。它们坚持用工具代替 生理器官来使自己生活得更好， 而工具的使用使它们的口腔逐渐精致， 并最终进化出了语言， 显示了一个可以相互说话的动物在这颗星球上一定是最终的成功者。 人类的大脑这个超级信息处理前宇宙中最完美的智能结构。 到现在为止， 人类对自己大 脑的了解，还只是初级阶段。宇宙赠给我们的东西似乎很超前，以致于人类甚至还没有来得及在生理上做好接受的准备。 脑容量的快速增加显然是给人类的生育带来很大的痛苦， 人类的分娩因为婴儿的头颅太 大而在哺乳动物中是最艰难的。 智能生命和生理器官的不匹配， 几乎完全是由人类的女性默 默地忍辱负重地承受了，或者说，人类的进步是因为我们有坚强的母亲。 人类已经生活在一个快速节奏的现代文明之中， 智能生命比以往任何时刻都展示出更优 秀的生存风采，正是这种不断趋于完善的智能文明的社会结构，使人类赢得了整个星球，并 且正进入对地球以外空间的开发时代。 人类已经飞向其它星球， 显然， 人类把智能生命的崇高使命和对宇宙的不断进取联系在 一起，也许，不久太阳系就会注入更多的智能生命的标识，但我们用传统的时空概念不能想 象可以到太阳系以外的区域活动，因为离我们最近的恒星是 4.3 光年大约 40 万亿公里，就 连光单程跑一趟都要 4 年多， 而我们现在发现的最远的星系是 130 亿光年， 这些数据让我们 对宇宙的浩瀚望而生畏。 然而超越了经典物理学的爱因斯坦用相对论告诉我们， 宇宙的时空是可以改变的， 一切 的前提是因为宇宙中质量和能量以及速度可以转换， 宇宙速度的极限是光速， 就是任何运动 状态的物体，它的速度都不会超过每秒 30 万公里，因此，当物体运动接近光速时，其它的 物理条件就会发生变化，超越常识的不可思议的事情就会发生，物质的质量会变得无限大， 而时间也会趋向无限慢，也就是时空会缩小。 在中国古代，有两位僧人有一个晦涩的对话。一位僧人问另一位僧人，天上的云在飞， 是云动，还是风动?那位高僧回答，既不是云动，也不是风动，而是你的心动。 这里似乎就有相对论的宇宙观。 一般来说，电子以接近光速在围绕原子核运动，而决定时间刻度的是电子围绕的速率。 其实不管是蠕动的蚂蚁还是飞驰的汽车， 它们的原子核运动的速度相对于电子运动都可以忽 略，对电子围绕原子核的运动没有任何影响。但是当原子核运动的速度接近光速时，电子会 逐渐达到它的速度极限而越转越慢，这就意味着电子的振荡变慢。生命是由电子控制的，因 此生命过程将被延缓，时间自然变慢。 这就意味着人类可以通过提高速度使生命的进程变慢， 如果我们能把一万年当作一天来 过的话，宇宙旅行当然不在话下。人类长寿的秘诀，居然存在于速度之中。 宇宙，一个伟大物质演化的史诗，它一个没有知觉的物质系统，创造了一个不可思议的 能够理解它的生物。 从人类用笨拙的手在岩壁上用简单的图形记录自己的生活， 到创造辉煌的史前文明， 最 后穿越宗教的黑暗，迎来科学的曙光，只用了几万年。今天，人类更加强大，这种强大连人 类自己都为之振奋。的确，宇宙已经把物质智能交给了我们，但是精神的道德准则却要靠我 们自己来建设，否则，文明的级别越高，毁灭的概率也就越大。我们相信，一个还拥有 40 亿年太阳光辉的智能生命，将不会辜负如此厚爱我们的宇宙。 (字幕出现在星空的背景上——) 150 亿年前宇宙诞生 50 亿年前太阳系诞生40 亿年前生命诞生 500 万年前人类诞生 400 年前人类发现日心说 公元 2000 年人类进入高度发达文明 到目前为止，人类是宇宙中惟一已知的智能生命。