科普丨《生命是宇宙的偶然吗》：生命的出现，早就被宇宙安排的明明白白

生命的出现，早就被宇宙安排的明明白白

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精华笔记 

本书作者是天体物理学家罗伊·古尔德。他在书中循序渐进地讲述了“宇宙的诞生”、“物质的形成”以及“生命的进化”这三方面的内容，从而提出“生命的出现并非偶然”这一观点。

一、宇宙的诞生

宇宙诞生于距今137亿年前一次大爆炸。“大爆炸理论”的出现得益于爱因斯坦。1915年，爱因斯坦提出了全新的理论模型来分析质量、空间和时间的关系，他认为物体的质量会让周围的时空发生改变。从该理论出发，可以推论出宇宙正处在不断膨胀之中。这一推论后续也得到了天文观测的验证。

宇宙膨胀的理论可以反过来使用，并推导出“大爆炸理论”。该理论认为，宇宙起源于一个很小的点。这个点可以看作是体积无限小，密度无限大，温度无限高。在某一个时刻，这个点发生了一次开天辟地的爆炸，从而创造出了如今的宇宙。

大爆炸理论得到了众多证据的支持。比如，物理学家伽莫夫推演了大爆炸后的情形，并计算出当时宇宙元素中有四分之三的氢，四分之一的氦。直到今天，宇宙中也大致维持着这一比例。此外，还有人提出大爆炸会产生巨大的电磁辐射。1964年，美国学者彭齐亚斯和威尔逊发现了一种名为“宇宙微波背景”的电磁辐射信号，验证了这一说法。

大爆炸之后，宇宙中形成了一整套运行规则。这套规则的核心是四种基本力，分别是引力、电磁力、弱核力，以及强核力。这四种力分工明确，在不同尺度上发挥着各自的作用。在星球和星系的尺度上，引力扮演着主角；电磁力则是在分子层面发挥影响；两种核力的作用距离更短，主要是在原子内部起着支配作用。

宇宙大爆炸还产生了原子。原子由原子核和电子构成，并有着很多神奇的特性。比如，如今宇宙中的氢原子从诞生之初，就没再变过。原子内部也是井井有条，每个质子质量都是电子的1837倍；而且，电子总是沿着特定的轨道运行，以确保原子可以保持稳定。

从四种基本力的强度和作用距离，到原子的种种特点，这些自宇宙诞生之时便已经设定好的参数一直保持至今，并为生命的出现做好了铺垫。

二、物质的形成

大爆炸之后，宇宙在四种基本力的作用下，开始形成各种新的元素和分子。

大爆炸之初，宇宙中只有氢和氦。引力将分散的氢、氦进行汇聚，从而形成了宇宙中的第一批恒星。在恒星内部存在着极端的高温和高压环境，在弱核力和强核力的作用下，氢和氦发生核聚变反应，从而产生了氮、碳等新的元素。恒星越大，产生的新元素种类越多。

恒星并非一直存在，有的恒星在生命末期会发生剧烈的爆炸。在爆炸过程中，能够产生金、钴等新元素。恒星爆炸还能将新产生的元素喷洒到宇宙各处。这些新元素，会与宇宙尘埃重新组合，形成新的恒星和其他星体。

为了出现生命，还需要更复杂的物质，因此不同元素需要相互组合形成分子。分子的形成要依靠电磁力。电磁力可以把不同的原子组合到一起，产生各种化合物，如糖、氨基酸等这些生命体中的关键分子。此外，电磁力也能把各种分子粘在一起，进而组成我们周围的一切。比如，让不同的氨基酸组成蛋白质，这种生命最基础的化学反应同样是在电磁力的操控之下完成的。

在四种基本力的推动下，宇宙中有了各种元素作为原料；又通过化学反应，产生了无数重要的分子，为生命的诞生打好了物质基础。

三、生命的进化

在充足的物质基础上，生命的出现和进化过程是一种“偶然之中的必然”。

首先，在分子层面存在着诞生生命的必然性。科学家随机生成了一万亿种蛋白质分子，这些蛋白质的结构都是随机的，跟现存生物中的蛋白质没有关系。在这些随机样品中，居然能找出可以与高能分子结合的蛋白质。在这些筛选出来的蛋白质中，继续精挑细选，还能找出在高温下可以维持稳定的分子。这一实验说明，生命体内的蛋白质虽然功能神奇，但确实并不稀有。在众多分子组成巨大系统之中，生命的出现变得高度可预测。

在物种层面，则存在着“趋同进化”的现象。不同物种在应对自然环境的考验时，会进化出类似的应对方法。比如，亚洲的穿山甲、澳洲的土豚、南美洲的食蚁兽，分别独立进化出了相似的长舌头，用来舔食蚂蚁。植物之中云杉和松树，则各自进化出了抵抗寒冷的特性。趋同进化的根源是在基因上。很多基因是各种生物共有的，只要让类似功能的基因发挥作用，不同生物就有可能完成表现出相似的特性。

“生命是否是偶然”这个问题的终极答案，还需要到“系外行星”上去寻找。“系外行星”是指太阳系外围绕着其他恒星运转的行星。截至目前，人类已经发现了几千颗系外行星。根估算，银河系中就有几十亿颗跟地球差不多大的行星有待发掘。这些系外行星，可以看做是地球的平行实验场，用来检验生命诞生的可能性。为了探寻系外行星的生命足迹，科学家们可以研究这些星球发出的电磁信号，来分析其上的大气成分、温度等信息。

作者深信，人类终将在另一个星球上找到生命。因为整个宇宙，从大爆炸开始，就已经将生命写进了自己的剧本。

书名：《生命是宇宙的偶然吗》

作者：[美] 罗伊·古尔德

撰稿人：圆的方块（理工科博士，科普作家）

编辑：阿柑

主播：晟焕

制作：匀绮工作室

监制&运营：郑涵 崔新甜

总编辑：宋晨希