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第42章 科学怎样解读人生(1)

人的生死问题是一个古今中外各类人都感兴趣的话题。从哲学家、政治家、宗教徒到任何一个平民百姓,都对生死有一些思考和看法,并且做出了不同的判断和结果。科学家和科学探索者对人的生死和整个人生都进行过长期探究,既取得了一些重要发现和进展,又提出了许多新的问题。现就现代科学对人生这一课题的研究成果和观点,进行一些介绍和评议,使人们从科学的角度进一步深究生死。

1.天地从哪里来?

人生活在天地之间,仰望日月星辰,俯瞰大地万物。天地给人以生存的条件,又会给人以灭顶之灾。那么,天与地是怎么来的,是谁创造的?基督教的《圣经》说,上帝七日创造了天地,又创造了人类的始祖亚当和夏娃,繁衍了人类。《古兰经》也说,真主“是天地的创造者”。各种神话传说都有一套关于天地生成的说法。而现代天文学、天体物理学对天地的生成有新的发现和论断。

对天地生成最有说服力的是大爆炸宇宙学。与其他宇宙生成的理论相比,大爆炸宇宙学能说明许多观测的事实。这一学说最早是由美国物理学家伽莫夫最先提出的。

大爆炸宇宙学的基本观点是说在150亿年之前,空间、时间、物质和能量曾是不存在的,处于零状态。也就是说那个时候没有宇宙,自然也没有世界。当时只有一个高致密致热的奇点。宇宙就从这个奇点开始了爆炸,经历了由冷到热的演化过程。爆炸之初温度高达100亿度以上,物质密度大到连原子也不存在,只有电子、中子、中微子、质子、夸克等基本粒子形态的物质存在。由于爆炸后的整个体系不断膨胀,结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,它或者衰变或者与质子合成形成重氢、氦等元素,此时化学元素开始形成。温度继续下降到100万度,早期的化学元素合成过程结束。数百万年之后,宇宙才开始冷却到形成第一个原子,不久又形成分子。到了大爆炸数十亿年之后,温度降至几千度,辐射减退,先是出现气态物质,然后由气态物质的凝聚形成恒星和星系,此后又形成了稳定的行星环境。

由大爆炸理论可以看出,宇宙近乎从“无”产生,所谓“无”是指光和物质、空间和时间都不存在的奇点。大爆炸是空间的起源,也是物质和能量的起源。从日常知识可知“无”不会产生任何东西,但研究微观世界的量子理论认为,“无”是不均匀的,在无中实际上存在着忽隐忽现的粒子,因其状态变化十分迅速,无法观测到。这种“无”的真空也会散发能量,由于能量和质量是等效的,从而导致粒子一会儿存在,一会儿消失。这种转瞬即逝的现象被称为“起伏”,这是不均匀的根源。宇宙就是从这种“无”的不均匀状态中发生爆炸而形成的。开始从无中产生了一个10~34厘米的超微小宇宙,经过150亿年的膨胀和演化,出现了大宇宙,太阳、地球、生命和人类都是从这个超微小宇宙演化而来。

大爆炸宇宙理论由以下的一些观测证据所考验。

第一个证据是谱线红移。在20世纪20年代,美国天文学家埃德温。哈勃测量了18颗恒星(它们距地球的距离是已知的)发来的光,发现它们全部都存在着红移。所谓红移,通俗地说就是,从构成恒星物质的分子发出的光的谱线理论推导出来的应当是偏蓝的光,可是在天文观测时却发现它们偏红。哈勃得出结论,这些恒星一定相对于我们(观测者)在后退。因为根据多普勒效应,恒星一边后退一边发光而且光速(相对于观测者)不变的活,我们收到的光的波长就会长于原来的值,光将偏向红光。哈勃认为,遥远星系的光波变长(红化)是由于宇宙正在膨胀的结果。哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础。该定律清晰地说明了,在一个正在膨胀着的宇宙中的任何一点来观测,其周围的任何星系都是离它退行的,离它越远的星系的退行速度越高。

第二个证据是微波背景辐射。美国科学家彭齐亚斯和威尔逊偶然地检测到弥漫在全天空的微波背景辐射。这种辐射以相同的强度从空间的各个方向射向地球。它的光谱线与达到某种热******态的熔炉内的发光情况精确相符(这是物理学家所熟知的“黑体”辐射),由于符合程度非常之好,因而不可能是一种巧合。这个发现被称为“宇宙微波背景辐射”。对它的测量表明,它的有效温度大约比绝对零度(约等于一273℃)高3度,可写为3K。只能将微波背景辐射解释为是宇宙原初阶段(大爆炸阶段)的直接遗迹,把它看作宇宙诞生时灼热火焰的余晖,从大爆炸散落的残余辐射是由于宇宙膨胀而冷却所具有的。

第三个证据是宇宙氢和氦丰度的存在。天体物理家发现,各种不同的天体上,氢、氦丰度特别大。这种现象难以用恒星核反应机制来解释。而大爆炸理论可以解释天体氢、氦丰度的存在。天文学家从今天热辐射的温度,可以推算出宇宙诞生后各个阶段物质的合成。在宇宙爆炸大约3分钟的时间点,温度仍然很高,先由两个氘核形成氦核,再由宇宙1/4的物质质量聚合成碳核,没有聚合的质子就变成氢原子核。大约经过70万年,宇宙温度降到使电子不能自由飞舞,从而形成了稳定的中性原子,就是氢原子和氦原子。大爆炸理论预言今天的宇宙大约由76%的氢和24%的氦组成。这与对太阳和其他天体观察的结果相吻合。

那么,宇宙的未来命运如何呢?

有人认为宇宙的结局是开放的,会永远膨胀下去,天体间的距离越来越大,宇宙物质越来越稀疏;有人认为宇宙是闭合的,由于引力的作用,膨胀会转变为收缩,宇宙会停止膨胀,走向“坍缩”;有人认为宇宙最终会达到引力与膨胀相等,停止了膨胀,但不会收缩,形成平坦的宇宙。

就目前的观察看,宇宙的膨胀速度在稳步降低,引力在抑制着星系的分离。如果宇宙的膨胀真的停下来,宇宙不会保持静态,而会发生收缩。科学家认为宇宙的收缩“是其膨胀阶段的时间映像”。开始的时候,收缩是缓慢的,这不会对我们人类构成什么威胁,但几百亿年之后,收缩的速度就会加快。各星系现在是彼此相离而去,那时就会开始相互靠近,而且靠近的速度会越来越快。据科学家们估算,当宇宙缩至现有大小的1%时,收缩的效应会使水的温度高到水的沸点,地球(假若太阳在做垂死挣扎时地球有幸不死的话)将变得无法居住了,那时的观测者也不能分辨一个一个的星系了,因为随着星系间的各空间靠在一起,星系也就开始彼此融合了。宇宙若进一步收缩,温度还会进一步提高,那时,天空本身也会变成火炉,在白热化的空间之中,恒星也会开始沸腾,然后爆炸。

这时,各个事件的进程加快了步伐。所有的结构都会消散,它们的原子也会分崩离析。在短短几千年的时间里,原子核本身也会在迅速增高的温度中被撕成碎片。这时,事件的时间尺度将小得不可思议。宇宙先是在几分钟的时间里收缩一些,然后又在几秒钟,又在几微秒里收缩很多,累加的引力效应将宇宙的收缩变成了失控的向内爆炸,这就是所谓的“大崩塌”。

大崩塌就像倒转的大爆炸。粒子分裂成夸克,在短暂的时间里,所有的亚核粒子都被释放出来。整个宇宙一下子就在一瞬间缩得比一个原子还小。于是,时空本身也分解了。消失于大崩塌就是完全的湮灭,什么也不留下,地点没有了,时间没有了,什么东西都没有了。当存在的一切都死于引力的无限的毁灭力量时,就有了最终的“奇性”,然后就再也没有什么了。引力曾是宇宙的接生婆,引力也是宇宙的送葬者。

宇宙收缩最终引起宇宙的毁灭只是宇宙学家的一种观点,大爆炸宇宙理论也是为大多数科学家所接受的理论。人们对宇宙的探索还在不断深化。人们不必为宇宙最终会收缩灭亡而担心。宇宙已有150亿年的历史,只不过到中年期,宇宙要死亡那还是几十亿年甚至百亿年以后的事。

2.地球的命运如何?

大爆炸宇宙学既解释了宇宙的来源,自然也解释了地球的来源。但是,地球是宇宙这片浩渺大洋中的一滴水,它在宇宙间非常微小,它的历史比宇宙演化的历史要短,它是一个至今人们可验证的唯一有生命、生物和人类的天体。人们已经发现了数十颗类地行星,按照推测,有些可能存在生命,然而,还没有得到真凭实证来下定论。那么地球是怎样形成的,它的命运如何?这是人们探讨人生问题时必须回答的一个问题。

地球是太阳系九大行星中的一颗,处在太阳系的第三运行轨道上。它是太阳系唯一有生命和人类的行星。

古代由于人们天文知识的不足和观察手段的落后,从感性体验上往往把地球看成宇宙的中心,把地球看成中心天体,而天上的所有东西都是为大地服务、点缀大地的,对天地的起源也产生了一些想象和传说。如中国就有盘古开天辟地的传说。相传远古时期,天地不分,一片混沌,好似一个大鸡蛋,盘古睡在里面。过了一万八千年,盘古醒了,就用一把利斧,将蛋壳砍破,轻而清的东西上升变成了天,重而混的东西下沉变成了地。盘古在开天辟地中累死了。他的肢体化为高山,肌肉化为良田,血液化为江河,筋骨变成大路,牙齿变为玉石,皮毛化为草木,从此就出现了蓬勃生机的地球。

其实,地球不是盘古创造的,而是太阳系演化过程中自然生成的。现代太阳系起源理论认为,太阳系由自转着的宇宙星云通过万有引力作用逐步形成。大约45亿年前,中心为原太阳的星云一面收缩,一面自转。由于角动量守恒,处于赤道(与自转轴相垂直的轨道)的星云离心力最大,因而收缩得最慢,而两极附近的星云收缩得比较快,结果导致气体和尘埃向赤道面下落并堆积到一个很薄的物质盘上,形成吸积盘。由于密度涨落形成引力分布的不均匀性,这个吸积盘就碎裂为许多星子,这些星子再经过较小的碎块碰撞,相继俘获大量物质,最后形成行星。在太阳附近,只有难溶的类岩物质能够在高温下留存下来,而在外区只能凝结出较丰富的冰状物,所以内行星小而重,外行星大而轻。

我们的地球是在太阳系演化中形成的。地球包括地核、地幔、地壳、海洋和大气各个组成部分。地核是许多星子在碰撞中溶化、聚集而成;由于强烈的化学变化,大部分铁留在地核内,而氧、硅、镁等物质留在地核之外的地幔中;经过对流的作用,大部分硅酸盐岩石漂浮到表层上,并以大陆板块的形式构成地壳;少量较轻的元素则构成了地球的大气和海洋。原始大气中富含的氢、甲烷和水蒸气等,在太阳紫外线的作用下,最终演化出有机物和各种生命体。

地球形成后,无论是地球内部,还是地球表层,抑或是地球上的大气层都处在运动状态。地核内部温度超过3000℃,压力可达4000亿帕。外核内的熔化铁慢速旋转流动,产生的电流形成了地球的磁场,磁力可以达到遥远的太空,并绕地球表面形成一个磁性的保护层,使地球避开来自太阳的带电的微粒,保护人类不受太阳辐射的伤害。地球扫描仪显示,地幔热柱不断朝地表上升,经常造成地震,有些大地震对人类生命财产造成巨大损失。在地面上包裹着很厚的大气层,它为地球保暖,还保护地球上的生物不受大气中极端情况的伤害。大气层处于极不稳定的动态的平衡状态,尤其大气层最下面的15公里的对流层,经常发生较大变动,形成地球的天气,有些寒流、飓风、台风对地球上的生物和居民带来很多危害。

地球上的海洋覆盖地表的70%。海洋形成于三十八亿五千万年前,当时地球已经冷却,形成了由火山喷发的气体和水蒸气构成的大气层,水蒸气凝结到地球表面的凹陷处,就形成了海洋。海洋为人类提供很多重要食物,还蕴藏着丰富的矿藏,如石油,天然气和其他物质。在海洋里有暖流的环行或涡旋形流动。海底有火山,有长达70000公里的山脉,还有很多深渊。

地球上的大陆是板块结构,包括块状大陆和海洋地壳。大约在2亿5千万年前,地球上的大陆都连在一起,是一个超级大陆,也叫泛古大陆。约2亿年前,泛古大陆分裂,形成南方的冈瓦纳大陆和北方的劳亚古大陆。这两块大陆,再次破裂,大陆碎片因海底扩张距离越来越远。板块形成时不是静止的,而是不断分裂、移动、碰撞,称为大陆漂移。地球板块漂移时,大陆可能会扩张。大陆扩张,使地壳变薄,地表水平面下降。从叙利亚绵延至莫桑比克的东非大峡谷,就是在非洲大陆扩展时形成的。欧洲大陆的扩展形成了北海。大陆板块相撞,边缘隆起,形成山脉。非洲大陆和欧洲大陆相撞形成了阿尔卑斯山。南亚次大陆撞击亚洲大陆时,形成了喜马拉雅山。由于两块大陆还在挤压,使喜马拉雅山还在升高。

地球是太阳系的一个行星,这个行星也会受到地外陨石、彗星和小行星的撞击,使地球的局部和整体受到严重打击。尽管小行星撞击地球的几率很微小,但撞击的现象是存在的。

据科学推测,38亿年前地球遭到外物撞击的次数频繁,撞击强烈,地表撞击坑的产生率比现在要高103~107倍。而撞击的天体可能为130~260公里之间的小行星,它们是更大天体的碎裂物。离地球最近的一次大撞击据说发生在6500万年前。墨西哥尤卡坦半岛发现了一个直径为178公里的陨石坑,年龄在6500万年前。这个陨石坑的岩层中铱元素含量很高,推测由一个直径10公里的小行星撞击造成。一个小行星以20公里每秒的速度下撞击地球释放的能量相当于100亿吨梯恩梯炸药的含量,是当今全球所有核武器爆炸威力的一万倍。这种撞击产生的灰尘和石灰岩熔化产生的二氧化碳将大气圈上部全部弥漫,地面见不到阳光,造成全球的黑暗和寒冷,从而导致了恐龙和其他生物集体灭绝。

新生代以来,相继在距今3400万年、1500万年、240万年、110万年前都发生过直径为1—5公里的地外物体撞击地球事件,但其能量远远低于白垩纪末的那次撞击。

天外之物的撞击使地球上的生物遭到灭绝,但地球并没有毁灭。地球的毁灭可能是按照宇宙消亡和地球本身消亡的规律进行。

恩格斯曾预言,地球在多少亿年之后,由于失去了光热变成死寂的球体,最后就落到变冷了的太阳上。他是这样论证的:

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