你我都是「宇宙公民」─跟著世界頂尖天文物理學家探索外太空

諾大宇宙星系，唯獨發現地球有生命存在，人類聚集在這顆藍色的美麗星體，浩瀚無邊的宇宙之中，還有哪些可能抵達的遠方？透過作者泰森（Tyson）拆解艱澀天文學知識，以平易近人的方式說明宇宙起源的歷史，帶著讀者們宛如跨越數億光年，看見宇宙生成之初的壯闊。（編按）

文／尼爾．德葛拉司．泰森（Neil deGrasse Tyson）

膨脹、爆炸、碰撞：太陽和地球的誕生

在開頭的十億年之中，宇宙持續膨脹和降溫，物質也受重力吸引，聚成稱為星系的大質量天體。此時形成的星系總數將近1千億，每一個星系都有數千億顆恆星，而且恆星的核心正在進行核融合。而質量超過10倍太陽的恆星，核心的壓力和溫度，更高到可以鍛造出數十種比氫更重的元素，其中包括了組成行星，以及生活在這些行星上生命所需的所有元素。

這些元素如果停留在形成之處就全然無用，但大質量的恆星偶爾會發生爆炸，把化學元素含量豐富的核心散播到星系各處。如此經過了90億年不停的增加元素量之後，在一個平凡的宇宙角落（室女座超星系團的邊緣），一個平凡星系（銀河系）內的平凡區域（獵戶臂）上，一顆毫不起眼，名為太陽的恆星誕生了。

形成太陽的這團氣體雲擁有大量的重元素，聚合後還產生了各式各樣繞太陽運行的天體，包括數顆岩質和氣態行星、數十萬顆小行星，以及數十億顆彗星。在開頭的數億年期間，位在雜亂軌道上的殘渣會受到較大型天體吸積，產生高速與高能量的撞擊事件，造成岩質行星的表面熔化，也讓複雜分子無法形成。

隨太陽系裡可吸積的物質變得愈來愈少，行星的表面開始降溫。我們稱為地球的這顆行星，也在太陽周圍一個冷熱適中的區域裡形成了，這使得地球上的海洋擁有大量的液態水。假使地球離太陽再近一些，海洋就會蒸發殆盡；如果地球離太陽再遠一些，海洋就會凍結。在這兩種情形下，我們所知的生命就無法滋長和演化。

有機分子在化學元素極為豐富的海洋裡，以我們目前仍未知的機制，轉變成了能自我複制的生命。在這鍋生命之湯裡，構造簡單的厭氧菌最具優勢，這種生物能在無氧環境下蓬勃發展，並排放高化學活性副產物—氧。

這些原始的單細胞厭氧菌，不自覺的把地球上的大氣，從原本二氧化碳含量豐富，轉變成氧含量豐富，於是好氧生物得以出現，並進而主宰了海洋和陸地。

這些有助於好氧生物生存的氧原子，通常成雙組成氧分子，但在地球的高層大氣也可以聚合三個，形成臭氧，替地球表面擋掉大部分破壞力強大的太陽紫外光子。地球上（以及可能在宇宙他處）會有極多樣的生命，都要歸功於宇宙中含量豐富的碳，以及無以數計或簡單或複雜的含碳分子。這一點是毫無疑義的，因為碳基分子的種類及數量，多於其他各種分子的總和。

但生命是脆弱無比的。在過去，地球偶爾會遭遇到突然冒出來的大型彗星和小行星的碰撞，使生態系受到無以倫比的破壞。例如就在6千5百萬年前（地球年齡比現在再往前減2%時），一顆10兆噸的小行星撞在現今中美洲的猶加敦半島，造成75%的植物和動物滅種，其中也包括著名的恐龍。

因為這場生態浩劫，我們哺乳類的祖先從此不再淪為暴龍的開胃小點，得以興起並占住剛空出來的棲域。哺乳類中具有大型腦容量，稱為靈長類的一支，後來演化成為智人，擁有足夠的智慧來發明科學方法和科學工具，甚至還破解了宇宙起源和演化之謎。

★

關於與宇宙起源之前的事

然而，在所有的這一切之前，還發生過什麼事？也就是說，在宇宙起源之前發生了什麼事？天文物理學家目前對此一無所知。

或者說，我們目前最天馬行空的想法，幾乎全都缺乏實驗科學的根基。為此，有些具有宗教信仰的人就以正義使者的口吻斷言，一定是某種至高無上者啟動了這一切，而這種力量不但大過其他力，也是所有一切的根源。對這類人來說，啟動這一切的，理所當然就是上帝。

然而，會不會宇宙是永恆的存在，只是它的狀態我們至今仍然無法辨認，例如：它會不會是可以不停產生新宇宙的多重宇宙？或者，宇宙根本是憑空出現的？或者，我們所知和所愛的一切，只是超級智慧外星物種因為好玩，所進行的電腦模擬？這些有趣的哲思，很難讓所有人滿意。儘管如此，這些想法提醒了我們，無知才是科學家心智的自然狀態。自認無所不知的人，從來不會去尋找，也不會碰巧發現到宇宙未知與已知的界線。

我們知道且可以斷言的是：宇宙有一個起點。此外，我們身體裡的每一顆原子，都可以溯源到大霹靂，以及五十多億年前發生爆炸的大質量恆星裡的熱核反應爐。我們是星塵轉變成的生物，然後宇宙賦予了我們能力，讓我們去了解宇宙，我們的旅程才剛要開始。

●本文摘自天下文化出版之《宇宙必修課：給大忙人的天文物理學入門攻略》