普通天文學/宇宙簡史
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自古以來，人類一直對創造感到著迷。我們以及我們所居住的宇宙來自哪裡？在《梨俱吠陀》中，有人提出，在創造之前，既沒有存在，也沒有不存在。拉丁語短語“ex nihilo nihil fit”（“無中不能生有”）概括了人類目前關於起源的看法。
《古蘭經》中包含以下關於宇宙起源的經文：“難道不通道的人沒有看見，天地本來是連在一起的，然後我們才使它們分開嗎？” [古蘭經 21:30]
幾千年來，科學家們已經考慮了許多可能性。宇宙是突然“發生”的嗎？……它是由上帝快速創造的嗎？……它一直存在嗎？……或者它是否處於持續的創造狀態，即使是現在？
就像我們可以使用尺寸尺度來粗略比較宇宙中物體的尺寸一樣，我們也可以使用時間尺度來比較事件發生的持續時間。例如，哈雷彗星繞太陽執行一週大約需要 75 年，所以我們可以說哈雷彗星軌道週期的時間尺度與人類壽命的時間尺度大致相同。
宇宙在空間上很大，但在時間上也很大。宇宙的年齡似乎是 137 億年。就像巨大的空間尺度一樣，對於一個壽命遠小於 140 億年的人來說，難以想象 140 億年的跨度。為了更好地理解非常長的時間尺度，我們可以將宇宙年齡這樣的長時間段“壓縮”成更短的時間段，比如人類的一生。
一個典型的人大約會活 80 年。這意味著地球將在一個人的平均壽命中繞太陽執行 80 圈。人類生命的時間尺度和人類歷史的時間尺度遠小於宇宙變化的時間尺度。天文學家透過研究宇宙存在的短暫瞬間，瞭解了宇宙整體是如何形成的。為了更清楚地瞭解宇宙時間尺度的相互關係，讓我們考慮一位假想的宇航員，他的生命“延伸”到宇宙的整個歷史。
如果人類的壽命遠遠長於現在，地球繞太陽執行的軌道可能太快，無法成為衡量年齡的有用方式。相反，從更慢的事物中衡量時間可能更實用。太陽繞銀河系執行一週需要 2.3 億年。這意味著“銀河年”將比普通年份長 2.3 億倍。
假設我們的古老宇航員的壽命是 80 個“銀河年”，而不是 80 個普通年。這樣，宇航員將有足夠長的壽命來目睹發生在宇宙時間尺度上的事件，而不是人類時間尺度上的事件。宇航員的生活以極慢的速度進行。他的成長和行動被減緩了 2.3 億倍。以這種速度，宇航員僅僅眨眼就需要 4 個普通月。
天文學家推測，宇宙在開始時非常小、很熱、很稠密。從那時起，它一直在膨脹和冷卻。最初，宇宙幾乎完全包含氫氣和氦氣。宇宙非常均勻，沒有星系、恆星或行星。我們將主角的出生時間定為大爆炸的時間。
我們的宇航員太年輕，不記得大爆炸後宇宙的早期發展。當宇航員只有兩歲時，原子已經在宇宙中形成，宇宙已經冷卻到足以讓結構開始在均勻地充滿整個空間的氣體中形成。請記住，這位假想的長壽宇航員的時間度量要慢得多——對宇航員來說是兩天，相當於普通時鐘上的 100 萬年。雖然 100 萬年似乎是一個極其漫長的時間，但這只是宇宙歷史的一小部分。
我們的宇航員最早的童年記憶將包括第一批恆星和星系的形成，這些形成開始於宇航員大約 5 個“銀河年”大時。星系將在宇航員的青少年時期繼續形成和發展，那時宇宙已經有數十億年的歷史了。如今，星系仍在不斷演化和變化。
關於宇宙是如何形成的，有兩種學說：“自上而下”和“自下而上”。“自上而下”理論認為，大爆炸後首先形成大型星團，這些星團後來分解成恆星和星系。“自下而上”理論則認為，物質最初在大爆炸中相當均勻地分散，後來聚集在一起形成恆星和星系。哈勃深空場照片的最新資料似乎支援了“自下而上”理論。這些照片顯示了來自 110 億光年之外的年輕星系。這些來自宇宙早期歷史的年輕、小型星系，支援了大型結構是由小型結構形成的理論。這些星系看起來像是模糊的藍色斑點，具有模糊的螺旋結構，跨度為 2000 到 3000 光年。
生命的出現需要一個重要的條件，那就是重元素。由於在大爆炸期間只形成了氫氣和氦氣，比它們重的所有元素都必須在之後的恆星中形成。這些其他元素——週期表上所有的元素——都是在恆星中形成的。
恆星利用氫氣和氦氣等輕元素作為燃料。就像核彈一樣，它們利用原子的力量來獲取能量。然而，恆星與核彈不同，大多數核彈從鈽和鈾等重原子中獲取能量。在核彈中，能量來自將重元素轉化為輕元素。這個過程被稱為裂變。在恆星中，能量來自將輕元素轉化為重元素。這個過程被稱為聚變。宇宙中比氫氣和氦氣重的所有物質都是由恆星中的聚變產生的。
一顆普通的恆星可以製造許多元素，尤其是對生命最重要的元素。但它不能製造所有的元素；它不能製造任何比鐵更重的元素。更重的元素是在超新星中產生的。當一顆大質量恆星到達生命盡頭時，就會發生超新星爆發。超新星非常亮，也非常熱。這就是宇宙中最重的元素形成的地方。
製造岩石行星所需的所有物質都是在恆星中產生的，其中一些是在超新星中產生的。這意味著，在恆星經歷完其生命週期並變成超新星之前，行星不可能存在。然後，這些物質會被噴射回太空，並形成一顆新的恆星，可能還會形成行星。這也意味著，世界上的所有事物，包括你，都來自一顆恆星。正如天文學家卡爾·薩根所說，“我們都是星塵”。
太陽和地球大約在 45 億年前形成，那時我們長壽的宇航員已經 37 個“銀河年”大了。太陽系的形成速度相對較快，我們的太陽系可能只用了大約 1 億年。太陽和行星都是由銀河系中的一團稀薄氣體形成的，這些氣體凝結併合並。發生這種情況後，地球變得非常熱。它是一個完全熔化的岩石球體，並且已經完全融化，其稠度類似於水。當然，在非常年輕的地球上不可能存在生命。
然而，地球上的條件很快變得適合生命。為了使我們碳基生命型別發展起來，一個星球需要有
- 有機物（構成 DNA 的物質），
- 液態水，
- 能量來源，以及
- 合適的溫度。
地球在早期歷史中就具備了所有這些條件。科學家不確定生命第一次出現在地球上的時間，但一些證據表明最早的生命可以追溯到 35 億年前，那時我們的宇航員已經 47 個“銀河年”大了。
證據表明，生命在年輕的地球上滿足了必要條件後幾乎立即出現，但這個新星球的第一個居民沒有表現出強烈的演化成更高階生命形式的傾向。在原始的單細胞微生物進化成多細胞生命之前，又過了 20 億多年。然而，一旦它進化出來，高階生命就迅速佔據主導地位。這段生命複雜性快速發展時期被稱為寒武紀生命大爆發。
寒武紀生命大爆發發生在我們的宇航員 56 個“銀河年”大時。在我們的減緩的宇宙時鐘上，已經過去了 10 年。這段歷史時期，從某種意義上來說，是地球上智慧發展中最深刻的一步。
自寒武紀生命大爆發以來，地球上發生了很多有趣的事情。當原始的多細胞生物進化成恐龍時，我們的宇航員僅僅老了一歲。與之相比，恐龍的複雜程度和進化程度都難以置信地高。我們現在已經進入近代，因為恐龍的出現距離我們宇航員生命的這一刻僅僅 12 個月。
我們現在可以看出，我們必須佔據宇宙時間軸中非常小的一部分。根據什麼標準，恐龍時代可能被認為是最近發生的？根據宇宙標準。恐龍在 地球上的停留時間很短。它們在 6500 萬年前消失了，或者按照宇航員的時鐘來說，是 4 個月前。這給了哺乳動物崛起的機會，並佔據主導地位。
按照我們的宇航員的時鐘，第一個人類出現在地球上僅僅8 小時前。文明只佔這段時間的一小部分。第一個文字系統和第一個文明的證據可以追溯到 6000 年前，或者按照我們的宇航員的時鐘來說，是 15 分鐘前。在宇宙的壽命中，所有的文化和所有書面歷史都可以容納在一次咖啡休息時間裡！
當我們與宇宙的時間尺度相比時，與人類壽命更接近的時間段變得更加微不足道。僅僅是在最近，人們才開始嘗試用我們今天所理解的方式用科學來了解世界。這些最早的科學家，他們認為觀察和實驗是對宇宙本質的最終解釋，他們僅僅生活在四百年前，或者在我們宇宙時鐘上的僅僅一分鐘前。
當我們逐漸接近現在，我們的生命似乎也越來越短暫。我們的社會、文化和思想究竟能持續多久？只有時間才能證明。按照目前的速度，社會似乎很快就會發生某些事情，以阻止其退化。
我們對地球在未來一千年內會發生什麼所知甚少，更不用說未來一百萬年或十億年了。與此同時，銀河系將繼續按照其正常軌道執行，這個軌道恰好直指與最近的星系在約 12 個“銀河年”內發生碰撞。這不太可能成為地球的災難，正如它可能出現的那樣——星系合併期間任何恆星之間的碰撞實際上都極其不可能發生。太陽系將在碰撞後的餘波中誕生的新星系中找到自己的位置。
從現在起五十億年後，太陽將耗盡其燃料並死亡。此時，大約在宇宙大爆炸後 200 億年，這位長壽的天文學家將迎來 80 歲。太陽死亡後，地球將不再適合生命生存，太陽系將變得相當荒涼。宇宙整體將在太陽和我們的天文學家都死亡很久之後繼續存在，但它也將緩慢地走向死亡，最終隨著不斷膨脹而變得寒冷和空曠。
回顧宇宙的尺度，看到人類在空間和時間上的微不足道的地位，人們可能會懷疑科學是否為人類描繪了一幅黯淡、令人沮喪和絕望的畫面。有些人會這麼說，而另一些人則在宇宙的宏偉和壯麗中找到慰藉，以及未來可能帶來的可能性。就目前而言，人類在這個混亂而廣闊的宇宙中的未來仍然不確定。
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| 宏觀圖景 | 宇宙簡史 | 科學記數法 |
| 事件 | 真即時間尺度 | 壓縮時間尺度' |
|---|---|---|
| 結構形成開始 | 大爆炸後 100 萬年 | 2 天 |
| 最早的恆星和星系形成 | 大爆炸後 20 億年 | 6 年 |
| 太陽和地球形成 | 大爆炸後 90 億年 | 37 年 |
| 地球上生命的第一批跡象 | 大爆炸後 100 億年 | 47 年 |
| 地球上的高階生命形式 | 5 億年前 | 57 年 |
| 第一批恐龍 | 2.3 億年前 | 58 年 |
| 恐龍滅絕 | 6500 萬年前 | 4 個月前 |
| 人類出現 | 20 萬年前 | 8 小時前 |
| 文字的出現 | 6000 年前 | 15 分鐘前 |
| 現代科學思想 | 400 年前 | 一分鐘前 |
| 現在 | 大爆炸後 137 億年 | 59 年 |
| 人類壽命 | 80 年 | 十秒鐘 |
| 銀河系與仙女座星系碰撞 | 大爆炸後 170 億年 | 71 年 |
| 太陽死亡 | 大爆炸後 200 億年 | 80 年 |