Malcolm Godwin

在廣袤的空間和無限的時(shí)間中，能與你共享同一顆行星和同一段時(shí)光是我的榮幸。

——卡爾·薩根

如果時(shí)光能夠倒流，讓我們回到最初的那一刻。

138億年前，宇宙剛剛誕生。那時(shí)候，宇宙中沒有生命，沒有行星，也沒有恒星、星系、或星系團(tuán)。在巨大和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形成之前，宇宙自身首先經(jīng)歷了非常復(fù)雜的過程，制造出了一系列的擁有獨(dú)特性質(zhì)的原子。這些原子，是萬物的基本構(gòu)筑。它們與引力、電磁力和核力支撐著整個(gè)今天已知的宇宙。

隨著時(shí)間的流逝，宇宙不斷地膨脹，從一個(gè)致密、熾熱的狀態(tài)演變成如今我們所棲息的廣漠、寒冷的宇宙。今天，宇宙中包含了數(shù)以萬億的星系，每個(gè)星系中又包含了數(shù)以千億的恒星系統(tǒng)。這些恒星無論是類似我們太陽的系統(tǒng)，或者是像我們最近的鄰居——半人馬座阿爾法星，都有專屬于它們的獨(dú)特的行星和衛(wèi)星，如果足夠幸運(yùn)的話，甚至還能夠孕育出生命。

現(xiàn)代科學(xué)最偉大的成就是我們不僅可以理解整個(gè)宇宙由什么構(gòu)成，同時(shí)還能知道它是如何演化成今天的樣子。但對我們而言，138億年太過漫長。為了更好的描繪宇宙的歷史，讓我們把它的一生壓縮成地球上的一年。

Cosmos: A Spacetime Odyssey (2014)

一月（Jan）

宇宙從何而來？這是世界上最大的未解之謎，它是所有其它謎題的根源。一個(gè)最簡單的答案或許就是宇宙起源于一個(gè)開端。但如果深入思考就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)答案假定了一個(gè)最重要的東西，那就是宇宙有一個(gè)開端。當(dāng)前的天文觀測都支持大爆炸理論，這是目前描述宇宙最好的宇宙學(xué)模型。有一些人則開始提出其他的可能性，他們認(rèn)為，宇宙或許是從上一個(gè)宇宙的坍縮中反彈而生的，即所謂的大反彈理論。或許在很長的一段時(shí)間內(nèi)都不會(huì)有終極的答案，但這并不阻礙我們繼續(xù)探索、辯論。

1

在元旦這天，宇宙度過了許多重要的時(shí)期。

就在宇宙誕生后的10^-43秒，宇宙進(jìn)入了普朗克時(shí)期，當(dāng)時(shí)的溫度和壓力是如此之高，以至于自然界中的四種基本力（引力、電磁力、弱核力和強(qiáng)核力）在那個(gè)時(shí)期并無區(qū)別，換句話說，如果我們能夠創(chuàng)造出當(dāng)時(shí)的環(huán)境，就能統(tǒng)一這四種基本力。很快，宇宙迎來了一場指數(shù)式的膨脹，稱為暴脹時(shí)期。四種基本力在夸克時(shí)期（10^-12秒）已經(jīng)完全分離成現(xiàn)在的形式，這是我們在大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）所能模擬的最早的環(huán)境。接著，就到了重子時(shí)期，夸克相互結(jié)合開始形成質(zhì)子和中子，這發(fā)生在大爆炸的1秒鐘之后。在大約10秒后，宇宙進(jìn)入了光子時(shí)期，充滿了原子核、電子和光子組成的等離子體。但是當(dāng)時(shí)的溫度太高，無法形成穩(wěn)定的原子。

○ 宇宙最古老的光——微波背景輻射。| 圖片來源：ESA

就這樣，宇宙度過了大約38萬年。緊接著，有趣的事情開始發(fā)生了，宇宙的溫度已經(jīng)降低到足以使電子和原子核結(jié)合形成穩(wěn)定的中性氫原子和氦原子。這段時(shí)期被稱為復(fù)合時(shí)期。自此，宇宙開始變得透明。光子終于可以自由的在空間中傳播，形成了今天天文學(xué)家觀測到的宇宙微波背景輻射（CMB）。通過CMB，天文學(xué)家破譯了宇宙的年齡，揭示了宇宙的成分，為我們探索早期宇宙提供了無比珍貴的信息。

3

盡管光自由了，但接下來宇宙經(jīng)歷的時(shí)期被稱為黑暗時(shí)期。在接下來的幾百萬年中，宇宙非常平靜，充滿了中性原子，大部分是氫氣以及混合了一些氦氣。這個(gè)過程一直持續(xù)，直到有足夠的氣體聚集在一起點(diǎn)燃了核聚變，形成了第一批恒星。

○ 第一批恒星。| 圖片來源：NASA

11

NASA的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在這一天發(fā)現(xiàn)了迄今為止已知宇宙中最遙遠(yuǎn)的星系。這顆亮度驚人、大小只有銀河系1/25的星系被稱為GN-z11。

○ GN-z11。| 圖片來源：NASA/ESA

18

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了迄今為止最遙遠(yuǎn)的超大質(zhì)量黑洞，它位于一個(gè)超級明亮的類星體 J1342 + 0928的中心。它的發(fā)現(xiàn)使天文學(xué)家倍感困惑，它究竟是如何形成的？為什么能在這么短的時(shí)間內(nèi)形成如此巨大的黑洞？

31

天文學(xué)家利用一系列望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了處于最初發(fā)展階段的星系團(tuán)，這也是在早期宇宙觀測到的最遙遠(yuǎn)的原星系團(tuán)。早期的原星系團(tuán)非常罕有，并且極難定位。（星系團(tuán)是由上百個(gè)單獨(dú)的星系，在引力的作用下束縛在一起形成的。一個(gè)典型的星系團(tuán)包含了50到1000個(gè)星系。銀河系是室女座星系團(tuán)的一員，該星系團(tuán)包含了大約2000個(gè)星系。）

二月（Feb）

14

宇宙在不同的物理尺度上都呈現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)——從環(huán)繞行星的衛(wèi)星，到跨越可觀測宇宙大范圍的超星系團(tuán)、星系的薄片、纖維狀結(jié)構(gòu)和空洞。后者通常被稱為宇宙中的“大尺度結(jié)構(gòu)”。宇宙中的大尺度結(jié)構(gòu)在情人節(jié)這天開始慢慢形成。

○ 大尺度結(jié)構(gòu)。| 圖片來源：NASA

三月（Mar）

11

2016年，NASA的錢德拉X-射線天文臺(tái)及其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了最遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)——CL J1001+0220。該星系團(tuán)最令人驚奇的是，其核心區(qū)域包含了11個(gè)大質(zhì)量星系，其中9個(gè)正瘋狂地產(chǎn)生著恒星，形成率相當(dāng)于每年3000個(gè)太陽。

○ CL J1001+0220。| 圖片來源：X-ray: NASA/CXC/CEA/T. Wang et al; Infrared: ESO/UltraVISTA; Radio: ESO/NAOJ/NRAO/ALMA

四月（Apr）

17

在天文書籍中，通常會(huì)把星系描述為壯麗的孤島——一個(gè)閃爍著繁星的世界。但是星系也有動(dòng)態(tài)的一面。在空間中，不期而遇的星系最終會(huì)合并成一個(gè)更加龐大的星系，觸發(fā)恒星的誕生。星系的合并在過去更加的普遍，因?yàn)榕蛎浀挠钪娓拥男　Ｔ谟钪嬲Q生后的40億年，有大量的大型螺旋星系合并形成橢圓星系。

○ 星系的合并。| 圖片來源：NASA/ESA/A. Evans

六月（Jun）

3

恒星并不是亙古不變的閃爍著光芒，它們自誕生以來就注定了滅亡。在這一天，第一批類似太陽的恒星耗盡了自身的燃料，在一場煙花般的行星狀星云中結(jié)束自己的生命。

○ 行星狀星云是宇宙中最耀眼的演出。| 圖片來源：ESA/Hubble & NASA, ESO, Ivan Bojicic, David Frew, Quentin Parker

從1月3日第一批恒星誕生起，它們就不斷地經(jīng)歷著演化-滅亡-誕生-演化-滅亡......

恒星的注定毀滅聽起來像是個(gè)悲傷的故事，但卻是至關(guān)重要的，它們是重元素的工廠。我們血液中的鐵，骨頭中的鈣，肌肉中的碳和肺里的氧，所有的這些都是在恒星的內(nèi)部中制造出來的。因此可以說，我們都是星塵。回顧整個(gè)宇宙的歷史長河，正是有數(shù)十億恒星的饋贈(zèng)才有了今天的我們。

○ 鷹星云中的“創(chuàng)生之柱”包含了大量的氣體和塵埃，是恒星的誕生之所。| 圖片來源：NASA

九月（Sep）

3

這一天，迎來了重要的一刻。我們的太陽和原行星盤誕生了！圓盤中的氣體和碎石逐漸凝聚成行星，小行星等等。這其中一員便是我們的星球——地球。地球在誕生之初并沒有現(xiàn)在的寧靜，它飽受撞擊。

○ 太陽和原行星盤。| 圖片來源： NASA/FUSE/Lynette Cook

4

在所有撞擊地球的天體中，有一顆火星大小的天體，被稱為Theia?？茖W(xué)家認(rèn)為這次撞擊殘留的碎片形成了月球。但科學(xué)家對月球樣本的化學(xué)分析中，并沒有發(fā)現(xiàn)任何微量Theia的成分。因此有科學(xué)家認(rèn)為月球或許是通過一系列的撞擊產(chǎn)生的，而非一次巨大的撞擊。

○ 月球是在連續(xù)地撞擊中誕生的嗎？| 圖片來源：R. RUFU ET AL

13

這一天，暗能量迎來了歷史性的一刻，它開始統(tǒng)治宇宙：物質(zhì)的密度低于暗能量的密度（真空能），因此空間的膨脹開始加速。盡管如此，我們對暗能量的真實(shí)面目依然一無所知，它是現(xiàn)代物理學(xué)最大的一朵烏云之一。

21

有證據(jù)表明，地球上的生命大約誕生于這一天。我們依舊不知道生命起源于何處，或許它來自外太空的隕石。生命是如何起源的？這個(gè)問題一直是科學(xué)中最基本的大問題之一，無論是化學(xué)家、生物學(xué)家、地理學(xué)家、或是天文學(xué)家都希望能找出答案。雖然目前有許多理論試圖解釋，但沒有一個(gè)具有說服力。

十月（Oct）

12

火星一直是科學(xué)家所熱衷的研究對象，也是伊隆·馬斯克征服外太空的首選目標(biāo)。在這一天，火星失去了磁核，這意味著它失去了保護(hù)屏障。很快，它的大氣層就被太陽風(fēng)剝離，才演變成今天我們所看到的紅色星球。

○ 或許在不就的將來，我們就能踏上火星這片土地。

十一月（Nov）

9

在11月9號(hào)這天，地球上的生命開始呼吸、移動(dòng)、進(jìn)食，并對周遭環(huán)境做出反應(yīng)。多虧了這些開拓性的微生物。它們還發(fā)明了繁殖。

十二月（Dec）

17

寒武紀(jì)大爆發(fā)，絕大多數(shù)的動(dòng)物“門”都在這一時(shí)期出現(xiàn)。海洋中的生命開始蓬勃發(fā)展，形形色色的大型動(dòng)物和植物開始爆炸式的發(fā)展。

28

森林、恐龍、鳥類、昆蟲，都在12月的最后一周進(jìn)化而來。地球上的第一朵花，盛開在28日。

30

6：25AM：最后一次大滅絕事件發(fā)生，小行星撞擊尤卡坦半島，導(dǎo)致了希克蘇魯伯隕石坑的形成，作為地球上曾經(jīng)的霸主——恐龍，因此徹底地被毀滅了。這顆小行星改變了一切，如果不是它，恐龍或許還在，而我們卻未必了。

31

在漫長的歷史中，人類出現(xiàn)在最后一天的最后一個(gè)小時(shí)。我們曾經(jīng)是流浪者，是獵人，是采集者，我們制作工具、生火、捕食。直到11：59：46PM，人類發(fā)明了書寫方法來記錄事物，所有能被記載的歷史都發(fā)生在最后的14秒內(nèi)。統(tǒng)治者、戰(zhàn)爭、發(fā)明和愛情……歷史書中記錄的一切都發(fā)生在宇宙年歷中的最后這幾秒。

11：59：59PM：在最后一秒中，我們使用科學(xué)的方法，去探索大自然的奧秘和規(guī)則。從伽利略的望遠(yuǎn)鏡第一次指向太空，到人類第一次在月球上留下足跡?？茖W(xué)讓我們越過空間和時(shí)間的限制，去觀測我們在宇宙時(shí)空中的位置?？茖W(xué)使我們有了理解宇宙本質(zhì)的方法，在黑暗之中探索光明。正如卡爾薩根所說的：“科學(xué)，照亮黑暗的蠟燭?！?/p>

參考來源：

[1] Cosmos: A Spacetime Odyssey

[2] https:///starts-with-a-bang/all-the-universe-in-one-year-6288cc26e72