宇宙演化历程如何促使人类诞生？

Daphane

來源: 新浪科技


人类是如何诞生的？关于这个解释需要各种各样的“宇宙前辈”，与早期恒星、远古星系合并，以及大爆炸都有关联。即使是暗物质，也对人类存在于宇宙中发挥着极其重要的作用。


新浪科技讯 北京时间7月30日消息，据国外媒体报道，通过观察我们自己的身体，我们可以了解很多宇宙历史。一位成年人拥有令人难以置信的复杂身体系统，由数万亿个细胞构成，如何造就一个人的科学故事不仅教会我们关于地球生命的进化和演变，还能洞悉整个宇宙发展历程。　　事实上，人类的诞生不仅是地球数十亿年生命繁衍、填充地球每个生态龛位的最终演变结果，而且与整个宇宙有着密切联系。
　　人类是如何诞生的？关于这个解释需要各种各样的“宇宙前辈”，与早期恒星、远古星系合并，以及大爆炸都有关联。即使是暗物质，也对人类存在于宇宙中发挥着极其重要的作用，从宇宙角度来看，用了138亿年时间才使地球诞生人类文明，我们将讲述人类如何孕育的宇宙故事。
　　在生命最基础层面，我们可以通过观察构成人体的微小组成部分——原子，来洞察人类的秘密。氧是我们体内最丰富的元素，其次是碳、氢、氮和钙，总体而言，元素周期表中至少有56种不同元素，人体内包含的每种元素至少有0.1毫克，其中轻元素和重元素都在人体的生物活动中发挥着重要作用。
　　20万年前，早期人类已在地球上行走活动，他们世代繁衍生息，每一代都是从母体生物体（或从多个双亲生物体）进化而来，遗传物质以及发生的任何突变都会从母体遗传给后代，在40多亿年的地球生命演化史中，所有生物都遵循这样的起源和繁衍方式。
　　然而，所有曾经存在的各种生命形式，都依赖于和人类相同的成分：相同的原子和元素。它们都需要一个稳定的“家园”，然后聚合形成生命形式，在数十亿年时间里繁衍和维持自己物种发展，这就像类似地球的行星环绕相对稳定的恒星——太阳，持续运行数十亿年时间。科学家无法断定像人类这样的生物是生物进化的必然产物，但对于宇宙中与地球条件相似的每一颗星球而言，我们必须认识到这是可能实现的。
　　科学家提出了置疑：宇宙中需要发生什么，才能使一颗环绕类太阳恒星运行的类地行星拥有产生生命所需的原材料呢？人们不能只是解释宇宙运行机制可以创造出生命元素，毕竟这样的解释没有确切的科学依据。在科学研究中，如果你想知道一个关于宇宙问题的答案，就必须全面了解宇宙原理。我们的方法是通过提出假设、进行实验、观察，最终得出结论。
　　幸运的是，这种方法非常成功地提供了我们所寻求的答案。生命第一种元素是构成元素周期表中的各种原子，当我们仔细观察地球和太阳系中其他天体时，包括：坠落在地球上的陨石，我们可以确定哪些元素以何种比例存在，这其中就包括生命所需的所有元素。
　　通过研究较大质量恒星、超新星爆炸、小型类太阳恒星、类似白矮星和中子星的恒星残骸、宇宙射线、甚至宇宙大爆炸，我们可以确定元素周期表中每个元素主要来自何处。
　　如果宇宙最初是炽热的大爆炸，那么仅产生的元素是氢、氦和少量锂，再没有其他元素。原因很简单，但相关的限制也很严格，在最早、最炽热的阶段，大量高能量的质子和中子，也有足够的光子（或者光粒子），每当质子和中子结合在一起时，光线就会照射进来，并将它们分离开来。
　　只有当宇宙充分膨胀和冷却之后，质子和中子才能结合在一起形成更重的元素，而该过程需要时间。但到那个时候，物质的密度和能量都小很多，以至于排斥氦原子的电力非常强，粒子无法克服它。在大爆炸中可产生最轻的元素，但不能产生较重的元素，必须等待很长时间才能形成恒星。
　　宇宙需要几千万甚至数亿年时间，才能冷却到足够冷却下来，引力将足够多的物质吸引到独立区域，从而引发首次恒星诞生。达到该状况需要以下几个条件：一是恒星诞生时存在“微小瑕疵”，恒星诞生区域更具重要性；二是达到足够低温状态，可以从电离原子核和自由电子中形成稳定原子；三是吸引足够多的宇宙物质进入一个区域，导致气体云崩溃形成恒星；四是坍缩的宇宙物质辐射出足够的能量，使恒星内核区域出现核聚变。
　　第一个条件是宇宙膨胀的关键证据之一；第二个条件是宇宙微波背景来源；第三个条件是需要数千万年至数亿年时间才能出现的；第四个条件存在一定的挑战。
　　为什么呢？因为在正常情况下，气体冷却形成恒星的方式涉及到较重元素将能量辐射出去，如果没有它们，唯一的冷却方法就是通过氢气辐射，这是非常低效的。因此，宇宙中最早的恒星，也就是天文学家所说的第三类恒星，与现今形成的恒星差异很大。
　　平均而言，当诞生新恒星的时候，宇宙都会形成一些较大、较重的蓝色恒星，但新诞生恒星的平均质量很小：大约是太阳质量的40%。由于缺少重元素，宇宙第三类恒星的平均质量应当是太阳的10倍左右，这意味着它们生命很短暂，很可能在超新星爆炸中消亡。
　　从某种意义上讲，这有利于产生较重的元素，因为超新星爆炸不仅会产生大量的重元素，还会促使中子星形成，而中子星本身可以合并在一起，形成碘、金、铂和钨等较重元素。因此宇宙初期的恒星很重要，它们形成超新星爆炸的过程也很重要。
　　但这也带来了一些挑战，因为早期星团仅有少量宇宙物质，而超新星以令人难以置信的猛烈速度释放物质。如果你计算一下“有多少物质可以形成宇宙早期恒星”，并将其与“超新星喷射物质的速度有多快”进行比较，你就会遇到一个难题。
　　超新星喷射物质的速度太快了，这就意味着这些较重元素会以压倒性的速度被抛射至星系介质中。这将是非常糟糕的事情！这些较重元素不能快速逃逸到太空中，否则无法参与未来几代恒星的孕育形成。
　　后续几代出现的恒星是低质量恒星，存在着岩石行星，极有可能出现像地球一样的岩石星球，并非完全是气态行星。同时，这些条件对于生命是至关重要的，因为生命所需较重的化学元素已形成。
　　单凭宇宙中普通的原子物质不足以实现，所有气体、灰尘、黑洞都无法为我们提供充足引力来吸附这些物质。在一个仅由原子构成的宇宙中，我们不可能看到的是更大质量的天体结构，例如：银河系，为了形成它们，还需要一个额外成分——暗物质。
　　在暗物质的作用下，早期星簇和原始星系拥有足够的引力吸附超新星喷射物质，同时吸收越来越多的物质，随着时间的推移，充足的重元素累积并进化形成恒星。这些恒星质量较低，但这有助于形成元素周期表中的许多元素，而且还能产生白矮星。白矮星合并和爆炸过程中，会形成碳、氢、氮 、钙等原子，而这些原子正是人类身体的组成元素。
　　最终，经历数十亿年之后，像银河系这样的星系将拥有足够多的重元素，当新恒星形成时，它们会在周围形成岩石类地行星。科学家认为，大爆炸92亿年之后，银河系的一个恒星诞生区形成各种各样的恒星，其中包括我们的太阳。太阳的原行星盘形成4颗内部岩石行星，以及一颗外部气态巨行星，地球是距离太阳最近的第3颗行星，最终形成生命，人类文明开始崛起。
　　这一切都不是命中注定的，如果我们将时钟追溯至数十亿年前太阳系最初形成时期，那时人类出现的可能性较低。但如果我们将时钟追溯至大爆炸早期阶段，当时是一个充满恒星、星系、岩石行星、类太阳恒星的宇宙环境，生命孕育形成的概率会更高。
　　其原因很简单：宇宙运行机制和原始成分始终不变，宇宙初期存在大量正常物质，将有助于促进较轻元素形成；物质密度不均衡的宇宙将产生第一代恒星；宇宙在暗物质的作用下会紧紧吸引被抛射的物质，并且与较重元素结合形成恒星。拥有第二代恒星的宇宙将形成岩石行星和类太阳恒星，如果宇宙中存在岩石类地行星，那么生命就能在数十亿年时间里繁衍，此外，还可能取决于一些不确定性因素。