万物起源 从宇宙大到文明的兴起

前言

要讲述宇宙的历史，也许最好的办法是逆流而上，按正好相反的时间顺序来讲述。无论以宗教还是科学的名义，我们对宇宙初创时刻的痴迷，都来自我们对自身何以至此的好奇。如果从当前出发，倒带7000年抵达人类有记载的历史之初，我们会发现尚有700万年的人类演化史横亘在前。要是这就让你气馁了的话，还有6亿年的动物演化史、30亿年的生命演化史，以及再早十几亿年的太阳系及我们地球的诞生。从这儿再往前90亿年，我们才抵达已知时间的起点。如果将宇宙的历史压缩成一天的24小时，就像一部超级冗长的先锋电影那样倒序播放，那人类文明史将如白驹过隙，只有0.04秒的时长，连演职员表都还来不及闪现。最早的动物出现在大约1小时后，这尚可容忍；但要再过7个小时，才能看到太阳系和地球的诞生，至于抵达宇宙的起点则还有漫漫16个小时。

尽管倒序讲述宇宙史确实别有新意，年代顺序毕竟是有用的，尤其是我们已经习惯了时间长河的奔流方向。在这本小书里，我实际上会加速讲述，不会用掉24小时（当然这取决于读者你），而是“走马观花，管中窥豹”。本书包含了宇宙中所有最重要的热门事件，描述不同事件何时（最重要的是如何）显现。“起源”这一概念深深植根于科学自身，在这里既不是神话，也不是泛泛而谈的故事，而是万物如何从无到有的主要假说。泛泛而谈与科学假说之间有关键区别，后者提供了可供计量的预测，因此学者能通过实验或观测对其证伪。假说的可证伪性也许是科学的最根本原则，这听起来大概有点枯燥，不过我希望能在这个起源故事的叙述中加点料，别担心，不会加太多的。

本书来自耶鲁大学的一门本科研讨班课程，课程有一个朴素的名字—“万物起源”，目标是通过这些可证伪的重大假说来训练科学思维。本书资料都是为普通读者准备的，我想在科学方面不会过于浮夸。我也尽力避免以专门术语迷惑读者，对必不可少的术语则尽量解释。

尽管这是万物起源的“金曲合辑”，所述故事也不是随意或彼此无关的，而是环环相扣、承上启下。生命奠基于我们星球的大气、海洋与岩石，而这些又来自星际尘埃。尘埃的成分在巨星中孕育，而巨星又诞生于宇宙大爆炸产生的气体。地球既成，它的海洋、大气乃至深埋的地核如何形成与发展，决定了错综复杂的生命如何维系数十亿年至今。

作为一个研究过本书所涉多个主题（当然不是全部）的科学家，我自然不会放过从独到的（或者说实在点，我所偏好的）地球物理学视角出发，强调起源故事间的关联及主题思想的任何机会。我的学生最终发觉，板块构造学说在本书中扮演了极重要的角色，而我要是能找出这个学说与宇宙大爆炸的关联，肯定会大书特书（但恼火的是时间不等人）。本书最后推荐了众多有关宇宙与生命史的优秀读物，它们都比拙作全面得多。本书不求深广，而是不揣（或不惮）浅陋粗疏（以这些词万一能有的最佳含义而言），旨在由快速而仍可一读的概览故事，提供关于宇宙（一定程度上也是关于其中人类地位）的一张地图。更重要的，则是作为开胃小菜，让你由此探求更多。

本书按时间顺序描绘宇宙、星系、太阳系、地球、生物圈等实体的样貌和形成过程，并穿插介绍相关研究史，讲述了一些相关理论——如大爆炸、暗物质、半衰期、年代测定等——是基于什么观察和推理而提出的，是一本体量不大但信息密集的宇宙发生说明书，或者说是从宇宙诞生到人类登场的“宇宙-生命编年史”。因为作者是行星地质学家，本书特别侧重行星尤其是地球的地质内容，这是本书和一般侧重宇宙学的宇宙史书籍不同的特点。

大卫·贝尔科维奇（David Bercovici），历任夏威夷大学地质与地球物理系主任、耶鲁大学地质与地球物理系主任，现任耶鲁大学地球物理学Frederick William Beinecke讲席教授。美国文理科学院院士。

舍其，北京大学物理学院硕士，资深户外运动爱好者。著有《给我一条地平线》；除本书外，另有《直到时间的尽头》《形而上学俱乐部》《从永恒到此刻》等译作。

前言 i

第一章　宇宙与星系 3

第二章　恒星与元素 25

第三章　太阳系与行星 41

第四章　大陆与地球内部 67

第五章　海洋与大气层 99

第六章　气候与宜居性 123

第七章　生命 157

第八章　人类与文明 187

进一步阅读书目 205

致谢 211

本书按时间顺序描绘宇宙、星系、太阳系、地球、生物圈等实体的样貌和形成过程，并穿插介绍相关研究史，讲述了一些相关理论——如大爆炸、暗物质、半衰期、年代测定等——是基于什么观察和推理而提出的，是一本体量不大但信息密集的宇宙发生说明书，或者说是从宇宙诞生到人类登场的“宇宙-生命编年史”。因为作者是行星地质学家，本书特别侧重行星尤其是地球的地质内容，这是本书和一般侧重宇宙学的宇宙史书籍不同的特点。

大卫·贝尔科维奇（David Bercovici），历任夏威夷大学地质与地球物理系主任、耶鲁大学地质与地球物理系主任，现任耶鲁大学地球物理学Frederick William Beinecke讲席教授。美国文理科学院院士。

舍其，北京大学物理学院硕士，资深户外运动爱好者。著有《给我一条地平线》；除本书外，另有《直到时间的尽头》《形而上学俱乐部》《从永恒到此刻》等译作。

你我皆星尘。这本通向宇宙的“口袋导览”，展露了它的美丽与真实，也解释了我们的星球何以如此特别。真是充满了发现与见解的一本小书。

—— 肖恩·B.卡罗尔，演化生物学教授，《生命的法则》作者

在这么短的篇幅里要解释生命、宇宙及万物，可算是一个艰巨任务，而身为物理学家及火山爱好者的作者成功完成了挑战……各种起源如约登场，而且（福利！）读起来居然还别有趣味。

——《发现》杂志