第一卷 东方：古老文明的源头
回顾科学的历史就像一个人回颗自已的历史，记亿的大河蜿艇伸 向模柳朦胧的远方，年代愈是久远，回忆愈不确切：写一部科学的历史 如同写一部人物传记，我们通常都要简短地追寻一下他的出生，父母和 组篇。希腊作家希罗多德说得好，一个从不知道自己出生之前事情的 人，水远是孩霍。今天我们回顾科学的历史，也可以而且应该从科学史 之前的自然史开始 01一0地及金 字塔与狮身人面
小第，宝人自杰到文羽史 +44网 第一章从自然史到文明史 自然界经万了-.个漫长的演化历程，这是现代人普遍特有的一个 信念，科学在这个信念女配下，不遗余力地描述刻画这个演化历程，反 过来使这个信念变得更为充实可信字宙、太阳系、地球，生命和人类相 继演化的历史被称为自然吏自然史尖的概念是在文明的史巾浮现出 来，并隙者文明史的发展而变化的。我们以后将要讲到的许多历史，都 是为描曲自然史而奋斗的历史，但是在叙述文明史的开头，让我们把只 有在文明史的结尾也就是今H才了解到的自然史讲述一番。 从时间烦序上讲，人类存在之前地球就巴存在，地球形成之前宁宙 就已形成：如菜自然界是演化的，演化的时间顺序必然是：宇宙一地 球一生命一人类。让我们依次简单地讲述现代科学所告诉我们的这四 大起源的故市。 1.宇宙的起源与演化 儿白年来的天文戏测，已把我们所在的地球附近的空间区城人体 搞清.并将人类的视野扩展到了字宙的纵深。地球基本上是一个球 体，但略微有些扁。地球长期地绕轴自转将地球的赤道地区甩出去了 些，南北两故方向的地球半径比赤道半径(6378公单)约短21公里：比 外，北极高出约18.9米，而南极则陷下去24一30米，形象地说，地球像 是一个倒放若的大鸭梨。地球自转的周期当然是一天。除自转之外，地 球还同太阳系其他行星一起浇太阳公转公转的轨道是一个椭圆，其平 均轨道半径约有14960万公里，公转的平均速度为每秒约30公里：地 01-1 从太 球这个庞然大物，质量有5.976×10公斤，也就是差不多60万亿亿化吨 中看到的地球形 之石 地球只是太阳系家族中的一名成员。太阳系以太阳为核心，九大行 星绕太阳转动.按轨道半径从小到大是：水星、金星，地球、火星、木 土星、天星、海工星和王星，除水星和金星外，其他行都有卫 星。月亮就是地球的卫星。此外，在火星和木是轨道之间还有许多小行 是。几乎所有行星都在大致同-一平面上绕太阳公转，地球绕一周是 年，水生的公转周期是88天，金星是225天，火星测要687天，除了行 屋，小行星和各行层的卫星之外，太阳系中还有大量的彗足，流足体，太 阳系如果以九大行星为主体，则半径不到地球与太阳间距离（所谓天文 单位)的50倍，如果把非常遥远的彗基云也算作太阳系的领域.则可以 27
=第意李交有老文明的头 下子扩展到十几万个日地距 离 以密这样太配系相闲干的 古依然是微不足道的。像太阳这 样本身发光的天体被称为恒星， 以区分那些白身不发光而靠反射 恒垦发光的行星，在我们的周边， 大量的相星聚集在一起，构成了 我们最为熟悉的星系即银河系。 银河系整体上就像一个透镜，中 可厚、两边薄，其直径约为8万光 年。光此年是天文学中距离长度的 单位、大文学所步及的空跨西 过大，用我们常用的公里、米等单 位来量度很不方便，所以用光 01一2太阳系年众所周知，光是世界上跑得最快的东西.一般认为光每秒可跑30万 结构到 公里，它一年能跑九万四千六百亿公里。 一光什确实是很远的距离 可银河系的直径居然就有8万光年，太阳离银河系的中心银核很近，们 不处在中心。像太阳这样的恒星，银河系里差不多有两千亿颗 星系基本上可以分为两大类，一类是旋涡星系， 一类是陌圆星系。 旋涡星系像个铁饼，有旋臂，银河系是一个典型的旋涡￥系。银河系并 未包括所有的恒星，在银河系外还有许多像银河系这样规模的星系。 天文学家发现，若以银河系为中心，方圆300万光年之内，约有40个与 银河系一样的星系，其中主要有麦哲伦云，仙女座星系等，这些星系跟 我们的河系 一起构成了所谓的“本星系祥”。本星系群松散地聚在 起，没有像银河系那样形成有核心的结构。不过在本星系群这样的尺 度上，的确存在一些向中心聚集的星系群，叫做星系团。而且星系团利 星系群又在更高的一层上构成了本超星系团，它之所以叫做本超星系 团，因为它包括了本星系群，而本星系群包括了我们的银河系。本超星 系出的尺度大约在3亿光年，主要包后本星系群和室女星系闭等。 这是否就是我们迄今所知道的全部的字宙空间呢？还不是，事实 上，本超星系团之外还发现了星系，天文学家推测.我门的字宙的空间 尺度大约在200亿光年的量级。 所有的天体都像人一样有华老病死，宇宙亦然。宇宙学就是研究 宇宙的起源和结构的一「学科。根据当今比较得到认可的大爆炸宇宙 学理论，我们]的字宙是在大约200亿年前的一次大操炸中延生的。这个 理论依据于这样一个事实，即几乎所有星系都以很高的速度相互逃离 这意味着整个宇宙都在善胀着。这种张是没有中心的，从任何一点
诗/从自然史到文明史 行都能见到四周的天体远离找们而去，而且有意思的足，距离趣远.迅 行速度越大：这就像一个正在充气的气球，表而上任何·点都会发现别 的.点正离它而去，而H臣离越远，退离速度越大。 字宙的膨保现象必然导一个问题，如我门往近湖，那么， 宙会E来战小、，就像张大时气球放气，到最后就只能蘭下·个草·样 但人们会问，此点之前是什么？宇宙何以会发生这样让观的膨账呢：了 学家设想，宙是从点状字出发生大煤炸而开始膨张的至于点之前 是什么，还没有令人满意的同答。一种带见的回答是，时间空可正是在 大爆炸中才产生的.在没有时间的情况下，无所谓之前之后问题、这当 然是一个有趣的回答 还有一种可能，即有无限多个星系向无跟的那离彬版，如果是这 样，就不存在什么起点问题了。但是根据前面所说的距离越远，退行速 度越大的规律，无限遥远的大体将有尤限大的退行速度，而这是不可思 议的以日相对论想序物体运动的最人：速限光速。展文一极羽利 度.了宙的范制事实上已被限定了，也就是说，可见宇宙的边缘可定在 退：速度为光速的地力，即前而所说的200亿光年 空向上的大小在天文学中同时意味着时间上的大小。所有的天文 学理论都依赖于大文观测，阿所有的天文观测都观测到的是光信号或 以光速传播的其他电磁被我们每看到一样东西，都不是这个东西观在 的样，而是多少华前的样予，这个东西离我们越远，则我们看到的就 是起早的样子.如果我们看到200亿光年的他方，那我们看到的就是 200/年前所发生的情。宇士的时间尺衡因此可以定为200/年 大爆炸宙理论表明，在最初的三分钟内，宇宙在大爆炸中硬生 温度无穷高温降到了10亿度，基本粒子七经形成，并开始形成原子 核， 此后内经过40万年，游度降到4000度，宇宙由辐射状态变为物质 状态，与物质脱后的解射慢慢形成了宁宙背录辐射，这个背联制射已 被天文学家现测到到 再经过约两化年，星系开始形成。也许冉经过几亿年.星际物质有 引力作州下逐渐收猫为球状星云，在收缩的过程中，温度逐步升高，内 部压力增大与引力对抗，于是星云内部发生核反应成为恒星：文学家 已经相当清楚地了解到，儿乎所有恒星都要先后经过主疗星阶段.[巨 星阶段、晚期阶段和临终阶段，在主序显阶段，核反应产生的巨大能量 顶住了引力收雏，使恒的表面温度升高并向外发射可见光当大部分 氨在核反成中成氨之后，接能量变乃、，恒皇再度收缩，这就是工巨其 阶段，当相星收密利一定提博时中，温世升高又引发了新的核彩秀反 应，再度顶住了引力收筋，这过程持续纳10亿年，核反应逐步停止， 恒足进入晚朗和临终阶段： 已经比较确切地知道，太阳系是在约50亿年前形成的，太阳正处 29