埃里克·简森著的这本《宇宙进化史》主要面向对大自然存在广泛兴趣的读者，尽可能地用浅显易懂的语言，解释当代科学的理论，同时又不乏准确性和前沿性。本书涉及了以下主题：空间与时间、物质与生命以及将它们融合在一起的各种能量转换。

在本书中，主要讨论了关于宇宙、地球以及我们自身的问题，总结了现代科学对一些古老哲学问题的解答，如：我们究竟是谁？我们从何而来？何时诞生？我们周围的万物——空气、陆地、海洋、星辰——从何而来？世间一切物质的次序、形态、结构特点等特征又从何而来？而人类作为智慧生命，如何与宇宙间其他事物联系在一起？这些问题总的来说就是：人类的起源与归宿分别是什么？地球、太阳、乃至宇宙的起源与归宿是什么？……

埃里克·简森著的这本《宇宙进化史》介绍了宇宙进化的七个历史时代，即从没有固定形状的射线时代到人类文明的起源时代，在这个过程中，他把宇宙中最微观与最宏观的方面展示出来，也包括它们之间复杂微妙的关系。

内容包括粒子时代转瞬即逝的简单体、星系时代物质结构的层级、恒星时代锻造元素的熔炉、行星时代生命的栖息地、化学物质时代物质加能量、生物学时代复杂性持续、文化时代从智力到技术以及一个全新的时代。

前言

序章 宇宙学概论

第一章 粒子时代

 转瞬即逝的简单体

第二章 星系时代

 物质结构的层级

第三章 恒星时代

 锻造元素的熔炉

第四章 行星时代

 生命的栖息地

第五章 化学物质时代

 物质加能量

第六章 生物学时代

 复杂性持续

第七章 文化时代

 从智力到技术

后记 一个全新的时代

如果红巨星内部的不平衡状态一直继续下去，那么它的内核将发生内向爆炸，而其余的部分则将分散到宇宙中，存在于这样一颗衰老恒星当中的各种力量和压力将慢慢地把恒星拉扯得四分五裂。幸运的是，老恒星中发生的收缩和扩张运动并不会无穷尽地继续下去，在恒星中的氢气消耗完毕——1亿年之后时，另一件事情便会发生——氦元素开始燃烧。此时，恒星中的自然温度调控器切断了热量的继续流出，恒星核再一次达到了稳定状态，虽然这看起来像是恒星的起死回生，但实际上，这样一个状态只能维持很短的时间。

在红巨星的内部深处，密度将不断地增加，内部压力也将不断增加，当恒星核内的物质密度增加到比普通恒星核密度高出1000倍时，气体粒子之间便能发生足够猛烈、频繁的撞击，并且能够通过撞击产生出足够的摩擦热量，来使得恒星核温度达到氦元素核聚变所需要的1亿摄氏度。因此，此时氦原子核之间的相互撞击便点燃了核火，氦元素开始聚合形成碳元素。在这之后的几个小时中，氦元素进行着猛烈的燃烧，就好像一颗无法控制的炸弹一样。恒星在这个时候居然没有发生爆炸，这着实令人惊讶。

虽然这场新的核反应维持的时间很短，但是，它仍旧释放出了大量的能量，这些能量足够让恒星核中的物质在一定程度上变得稀薄，因而能够降低内核的密度，缓解带电原子核之间产生的紧张压力。恒星内核中发生的这场小小的扩张调整将停止由万有引力所引起的恒星收缩运动，从而建立起一种新的平衡——这是一种处于量子级别的平衡，它发生在分布密集的电子之间，而这些小小的电子紧紧相邻，彼此间几乎相互接触，从而让衰老的恒星抵抗住了万有引力的作用。

另一个需要澄清的技术问题是，事实上，氦元素转化为碳元素的过程是分两步进行的，这个过程也被称为“三阿尔法过程”：首先，两个氦原子（也就是所谓的阿尔法粒子）结合形成一个铍原子核，这是一种极不稳定的原子核，它将很快（在不到1微秒的时间内）分裂为两个氦原子——于是这个过程便可能陷入一种无尽的循环中。但是（这也是过程的第二步），由于氦原子的密度极高，因此，氦原子核便有机会与新生成却还未来得及解体的铍原子核发生相撞，这并不是什么奇迹，也不是什么“人为”事件，在这场核反应发生、重元素诞生的过程中并没有任何超自然力量在发挥作用。相反，正是由于红巨星核中的高密度，氦原子核与铍原子核发生相撞所需要的时间才比铍原子核发生分裂所需的时间要短，而这个过程的结果便是碳的生成，碳元素是一种非常重要的元素，我们将在“化学时代”一章中谈到它。

一旦氦转变为碳的过程开始，红巨星的内核便获得了稳定，而它中间层中发生的氢元素转变为氦元素的过程便会渐渐停止。之前，恒星外层扩张的速度过快，已经超出了恒星再次建立的平衡结构的范围，而此时，恒星便能略微地进行一些收缩，将之前膨胀的体积缩小一些。和恒星生命晚期发生的其他变化一样，这种微小的体积调整发生得很快——至少在宇宙学的标准下是这样——全程不超过10万年。

P200－201

万物皆流，无物长驻。

——赫拉克利特，25个世纪前古希腊哲学家

在意识启蒙之初，我们的祖先，无论男女，都认识到了两种事物的存在——一是他们自身，二是他们周围的环境。他们开始思考自己究竟是谁、来自何处。他们还渴望了解夜空中那点点的星光、四周的植物、动物、空气、陆地和海洋，并且开始思索自身的来源和归宿。但是在几千年前，这些基本的思考都被摆在了次要的位置，因为当时最为重要的谜团似乎已被解开，答案是：地球是整个宇宙的恒久不变的中心。毕竟，太阳、月亮以及所有恒星看起来的确都是在围绕着地球运转。在所知有限的情况下，人们便会很自然地认为自身和自身的家园具有特殊的地位。从这种“中心感”当中，他们能获得一种安全、至少是满足的感觉——人们相信，宇宙的起源、发展以及命运是由某种超越自然的事物所控制的。

我们的祖先做了许多深人、细致的思考，但是他们所做的也仅限于此。那个时期是逻辑思考的巅峰时期，而经验实证的地位则要低得多。不过，他们所做的努力，依旧启动了神话、宗教、哲学领域的发展。直到几百年前，地球中心论的地位及人们对超自然力的信仰终于有了些许动摇。在文艺复兴时期，人们开始带着更具批判性的眼光来看待自身及宇宙，并且意识到，单单就自然中的问题进行思考是不够的，他们还需要对自然进行观察。于是，实验成为人们探寻过程中的中心环节。任何观点都必须在经过实验测试，得到数据证实后，才能被视为有效；而那些未能得到实验证明的观点则会遭到淘汰。“科学方法”由此诞生——它是有史以来，促进自然科学发展的最为有力的工具，而现代科学时代也在此时拉开了序幕。

今天，科学方法已然成为全世界所有自然科学家手中的工具。一般来说，科学方法包括以下步骤：首先，对研究对象进行观察，搜集数据；接着提出观点，对数据进行解释；最后通过客观实验来证明该观点是否正确。已被实验证实的观点在经过筛选、收集之后，将会被传播出去；而那些未能得到实验证实的观点则被淘汰——这有点类似于本书将提到的那些演化过程中的事件。就这样，通过对各种观点的不断选择和修改，科学家们才得以将真理和谬误区分开来，我们也才得以汲取到更为准确的、对现实世界的描述。当然，这并不是说科学一定可以揭示出真理——无论这真理是什么——科学只是帮助我们一步步地接近真理。

尽管我们一直强调客观性，但在某些情况下，客观性却阻碍了现代科学的发展。因为，科学工作者通常都具有强烈的热情和个人价值感，但是，在长时间的反复观察中，客观性会渐渐地凸显出来，并将控制我们，最终使得结论完全不为任何实验者、机构或任何一种文化的观点所影响。正如理性的调查方法能够帮助我们描述自然现象一样，科学方法能够帮助我们达到一个对于宇宙的本质、内容及运转的较为客观的共识。

今天的我们仍旧在循着先辈们的路径向前探索，也仍旧在问着同样基本的问题：我们究竟是谁？我们从何而来？万事万物又从何而来？所幸，在现代科技的惠泽下，今天的探询工作有了许多精妙的工具，我们可以借助天文望远镜来更好地观察恒星和星系构成的宏观宇宙，可以通过显微镜来看清细胞和分子组成的微观世界，还能够利用离子加速器来探索原子核及夸克构成的次原子领域。有了无人驾驶的宇航船，我们便能采集到从地球上无法观察到的信息；有了功能强大的计算机，我们便能有条不紊地处理庞大的数据流、有待确认的观点以及各种科学实验。

我们生活在技术的时代——这是一个科学技术得到前所未有飞速发展的时代。尽管科技很可能将我们打败甚至替代，但它也在帮助我们不断地了解自身以及那广袤无垠的宇宙。

文艺复兴时期以来，人类取得的最为显著的科学发现便是：地球并不是宇宙的中央，也并不具有任何特殊地位。利用科学方法，人们发现自己居住的星球在宇宙中并无任何独特之处。大量研究，尤其是近几十年中的研究表明，我们所处的这叫地球的石头，不过是宇宙中一颗平淡无奇的行星，它围绕着一颗名叫太阳的恒星运转着，只是那一片叫做银河的星群中无数星星里的一颗。而银河，也只不过是散布在广袤穹宇中的无数星系里的一支。

而现在，刚刚迈人新千年的我们，在现代科学的帮助下，正描绘着一幅壮丽的图画。我们逐渐认识到了各种事物——小到夸克和微生物，大到类星体和人类思想——之间的联系，并且正试着破解宇宙演变的历程，即宇宙历史上，由射线、物质、生命组成的群体所发生的一系列的、各种各样的变化。这些变化影响了广阔无垠的宇宙空间，跨越了无法估量的时间长度，因为有了它们，我们的星系、恒星、行星以及我们自身，才能够诞生。

可以肯定的是，大自然中变化无处不在。有些变化十分微妙，比如每天的太阳光照，或者地球上陆地的漂移。而有些变化则要剧烈得多，如巨大的恒星发生毁灭性的超新星爆炸，或者大片陆地因火山或地震而发生断层。无论我们是通过望远镜去探索宏观自然，还是通过加速器去了解微观自然，抑或只是用肉眼去观察周围的世界，我们都能看到变化的发生。

于是，我们为这无所不在的变化取了一个更好听的名字——宇宙演变，这一概念涵盖了演变的各个方面：无论是粒子、恒星演变，行星演变，星系演变，化学演变，生物演变，抑或是文化演变。

如今，对宇宙的统一看法已逐渐形成——宇宙万物，包括具有感知力的人类，都处于与时间密切相关的变化当中。变化——某事物形式、本质或内容的改变——时刻伴随着万物的起源、演变以及命运，不论该物体是否具有生命。从大片星系到一小朵雪花，从恒星、行星到生命本身，我们都能从中发掘出一种贯穿所有自然科学的内在模式——沿着变幻纷呈的宇宙中万物的形成、结构和运行的“时间轴”，这一席卷一切的观点已得到了普遍认同。

古希腊的赫拉克利特说得好：万物都在演变，惟有变化不变。除开一些细节上的谬误，这句话应该称得上是人类做出的最为精辟的结论。而在大约25个世纪之后的今天，科学家们正在不断地发现此类细节——其结果既富有创见又具备统一性，甚至称得上是令人惊奇。我们如今不仅明白了无数恒星是如何形成、如何消亡、如何产生组成世界的物质，还了解到生命的产生是物质演变的自然结果。如今，我们可以充满把握地将以下所有过程用知识纽带联系起来：原始能量演变为基本粒子、粒子演变为原子、原子再演变为恒星与星系、恒星演变为基本元素、基本元素演变为组成生命体的分子、分子再演变为生命本身、生命演变为智慧生命、智慧生命演变为能创造文化和技术文明的生命。

一个全新的时代

宇宙进化的剧情是由人类来讲述的，它是一个漫长、壮观的故事，一部包含着讲述者本人的进化史诗，它被分成7个主要的时代，但是这样一个长篇的故事并不是刻在某山顶的石板上，传递到人类手中的，而是在科学研究者们不断地探索当中渐渐露出眉目的，这个故事在今天已经变得颇为明了，但是随着我们对宇宙的了解不断增多，它必然会不断地被修改完善。

我们是宇宙的孩子，这并不是什么新鲜的观点，它也许与最早的智人对自身存在的思考一样古老，而贯穿宇宙进化史的变化观也算不上新鲜想法，它一直潜伏在各个时代中，当然也贯穿了我们排列在时间轴上的各个宇宙进化阶段。变化永不消失、永不间断的观点——正是这种变化带来了万事万物的产生——在几千年前就已经存在于人类的头脑中。

随着我们步人新世纪，我们如今可以开始科学地明确一些主要的天文学和生物化学问题，事实上，这些问题也是一些变化，通过它们我们便能更好地理解宇宙作为万物之源的身份。我们的科学研究方法其实具有学科交叉的性质，它几乎同时涉及了各所大学里能够找到的所有课程。同时——这一点也是非常重要的——我们已经可以利用实验或观察证据来证明本书中所描绘的许多事件，当然，这场漫长的宇宙进化史还将不断继续下去。

宇宙进化史是一种总结性的假设，它试图将或大或小、或远或近、处于过去和现在的一切统统集合起来，成为一个统一的整体。虽然其中存在一些非同寻常的细节，但是，关于万物存在的总思想框架，包括从射线到物质到生命的复杂性升高过程，都是合理易懂的。

让我们再次将视野放到最大，来看一看宇宙的总体面貌。在宇宙的最早时期当中，射线主宰着物质。在射线时代，强烈的光线是至高无上的统治者。那时的任何物质都是以四处分散的基本粒子的形式存在，这些粒子被淹没在由刺眼射线组成的海洋当中。大量的放射能使得宇宙成为一个巨大明亮的火球，在这个火球当中，没有原子、恒星以及任何其他具有规则结构的物质。

随着宇宙不断扩张，它的温度和密度都自然地下降着。由射线转化而成的物质开始渐渐地聚合形成原子，最后变成一团团的原子群。宇宙诞生几千个世纪之后，物质开始结合，这是一场极为重要的变化。随着具有规则结构的物质渐渐占据主导地位，宇宙也完成了它历史上的第一次重大过渡。这场变革意义深远，是宇宙进化图景中不可或缺的一部分。

物质时代开始之后，物质便开始主宰着射线，此时，即便在射线依旧存在时，物质也控制着宇宙中的大部分事件。从此之后，物质便一直控制着射线，依次成功地形成了星系、恒星、行星和生命。这些无数的结构进化的方式、它们是如何由不断变化的环境中所发生的偶然波动引起的，都不是什么神秘莫测的问题，因为，我们已经差不多了解了这些过程。

没有什么能够停下时间的脚步，宇宙的进化历程正是沿着时间的流逝而展开的。时间在140亿年前在一场巨大的爆炸中产生，而宇宙的不断扩张则是时间的主要特征，时间是永远处于运动中的——它是一个新柏拉图式的推动者，它决定了万物的秩序、塑造了万物的形状、赋予了自然复杂性，最起码对于那些处于宇宙中的某处，正不断地朝着无规律状态发展的系统来说是这样。我们可以从已有的数据看到，一段内容丰富的自然历史正在渐渐地揭开面纱。

在宇宙中所有已知的物质当中，生命体是最为激动人心的物质形式，尤其是那些聚成团体，共享发达科技的生命体。这并不是人类中心说的观点，而时间的箭头也并没有对准人类。拥有科技的生命与低等生命以及遍布在宇宙中的其他物质都有着很大的不同，这不仅仅是因为我们可以控制物质和射线，更重要的是，因为我们可以改变进化本身。

只要时间够长，即便进化本身也会发生变化。

我们可以肯定，恒星进化依旧在宇宙各处恒星的内核中进行着，而化学变化则依旧在偏远的，诸如星系云或遥远月球之类的地方进行着。生物进化仍然发生在地球的生物身上，也许还发生在某颗遥远行星上的生物中间。而文明进化，则发生在人类世界的各个角落，也可能正发生在远离地球的某个世界中。但是，对于拥有科技智慧的生物来说，进化本身也在经历着深刻的变化。

……

在这个过程中，有感知的生命发现了一种意义，发现了他们与宇宙进化之间的联系，发现了潜藏在宇宙进化当中的动力。这些生命体已经意识到，如今组成世界的这些物质都来自无数恒星的诞生和死亡。我们自身也是由诞生在许多代恒星内核中的元素组成的，这许多代的恒星经历了长达几十亿年的漫长进化——而这种进化仅仅是靠宇宙的不断扩张来推动的。除此之外，我们已经拥有了足够的智慧，来思考赋予我们生命的无数物质和变化，我们所发现的结果便是，我们不仅仅是宇宙中的产物，不仅仅是宇宙中的一种生命形式。我们是宇宙的一个组成因素——是一些有生命和文化的，能够研究自身的宇宙产物。

宇宙的进化并不枯燥，也决不恐怖，它是一个温和、包容的过程，在它的邀请下，我们享用着我们的宇宙馈赠，以便更加充分地利用我们人类的潜能，去更加深入地探索更多的自然奥秘，以启发处于广袤无序的宇宙中，位于地球上的人类本身。

只要人类继续去寻求新的知识，只要人类有足够的智慧继续生存下去，最重要的，只要人类一直保持好奇心，那么很可能人类有一天可以进化到足够控制物质的地步，就好像早期宇宙中物质可以主宰射线那样。确实是这样，宇宙中某些地方的密度并不仅仅是由物质和能量决定的，同时也是由出现在那里的生命决定的。如果在地球之外的星球上存在生命体的话，那么我们将与我们的星系邻居一起，获得对宇宙中大部分能源的控制权，将这些能源化为己用。以确保我们种族的延绵不绝。

随着我们迈人新千年，这段自成一体的连贯的宇宙进化史——一部壮丽辉煌的史诗——将把地球上所有的公民都装载进去，让他们也参与其中，去书写一段全新的传奇，而不仅仅是扮演着看客的角色。也许，人类确实正在变得更有智慧、更有道德、更加人性化；也许，人类正在走向一场道德进化，这场道德进化是否属于必然发生的事件，这一点颇受争议，但是它能够帮助我们去应对将要在时间轴上遇到的各种挑战。

“我们是卵石的弟兄。云朵的表亲。”

——哈洛·夏普利，20世纪美国天文学家