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《生命是宇宙的偶然吗》科学之钥，解锁生命诞生条件的神秘科学密码
铛铛铃2025-09-14【科普】350人已围观
简介
今天为你解读的书
《生命是宇宙的偶然吗》
本书的英文名字如果直译过来，叫做《创造中的宇宙：对大爆炸和生命出现的新理解》。这个题目彰显了本书的野心，那就是去探讨宇宙和生命这两个宏大的主题。
本书的中文译名，则更为直接地点出了全书的精髓，那就是作者要讨论的是：生命的出现，是一次偶然事件吗？
为了解答这个问题，作者从137亿年前的那场宇宙大爆炸开始讲起，循序渐进地向读者描述宇宙如何构建、自己的运行规则，原子和分子如何组成，以及生命如何诞生与进化。
通过这些内容的铺垫，作者谨慎地提出一个极具颠覆性的观点，那就是生命的诞生，早就写进了宇宙的计划之中。
本书作者罗伊·古尔德是一位天体物理学家，在哈佛-史密松森天体物理中心担任首席研究员。这个中心是哈佛大学和史密松森天体物理台共同管理的，是当今世界规模最大的天文研究机构之一。
古尔德同时也热心于科普工作，在波士顿科学博物馆做了10年的策展人。他既能用生动的例子娓娓道来，解释物理、化学、生物等各学科的前沿知识，又能掷地有声地提出自己的真知灼见，让本书成为一本不可多得的科普佳作。
著名的书评杂志《出版人周刊》曾评价道：作者在书中关于生命的观点，迷人且发人深省。
这本书并不厚，中译版只有240页。全书分为三大章节，讲述的主题分别是宇宙的诞生、物质的形成以及生命的进化。本次解读也将遵循这三部分的脉络，向你揭示为什么作者认为生命的出现并不是宇宙的偶然。
好，就让我们跟随作者的脚步，开启这场审视宇宙和生命的探索之旅吧。
这一切的开始，还要从宇宙的诞生说起。现在学界普遍公认的理论是，宇宙诞生于137亿年前的一次大爆炸。
第一部分中，咱们就来聊聊科学家们如何提出并证实了大爆炸理论，以及大爆炸之后宇宙形成了哪些运行规则。
大爆炸理论的提出，还要从爱因斯坦说起。20世纪初期，爱因斯坦一直致力于完善自己的相对论，这是他脑子里的头等大事。
1915年，爱因斯坦提出了一个理论模型，从全新的角度讨论了质量、空间和时间的关系。在这个模型中，最关键的思想是，爱因斯坦认为这几个参数是相互关联的，这与牛顿构建的经典物理学理论大相径庭。牛顿认为这几个量是独立的。按牛顿的说法，不论是100斤的物体还是1万斤的物体，都不会影响附近的空间和时间。但爱因斯坦却提出，物体的质量会让周围的时空发生改变，而且质量越大，改变越明显。
后来，科学家们通过细致的天文观测，找到了支持爱因斯坦理论的证据。爱因斯坦的这个模型，也成为解释时空和质量的主流理论。
如果从爱因斯坦的视角来观察我们的宇宙，会发现宇宙处于一个不断变化的状态之中。根据它的模型预测，宇宙正在不断创造出新的空间，也就是说，宇宙在膨胀。
起初，爱因斯坦本人都无法接受这个推论，他怀疑是自己算错了，甚至凭空在自己的推导公式中加入了一个参数，目的就是让宇宙保持稳定。但后来证明，爱因斯坦的这个举动是错误的。
1929年，天文学家哈勃观测到，地球之外的星系正在离我们越来越远，而且距离越远的它们，离去的速度也越快。这与爱因斯坦的理论相吻合，也就是说，宇宙的确是在膨胀。
据估计，地球这么大的宇宙空间，一年的时间会膨胀出一根头发丝的大小。虽然这个数值看似很小，但是在宇宙尺度上，微小的数值也能累积出巨大的变化。比如距离地球2300万光年的涡状星系，正以每小时100万公里的速度离我们远去。
而且宇宙膨胀这个理论还可以反过来使用，并倒推出一个更令世人震惊的理论。如果把宇宙的膨胀过程倒放，并追溯到很远的过去的话，宇宙在最初应该是起源于一个很小的点。这个点可以看作是体积无限小、密度无限大、温度无限高。在某一个时刻，这个点发生了一次开天辟地的爆炸，这里的“开天辟地”就是字面的意思。这次大爆炸之后，我们如今身处的宇宙就正式诞生了。
大爆炸理论是惊世骇俗的，惊人的论断必然需要强力的证据。随着科技逐渐发展，这些强力的证据越来越多。
在1948年，有一位叫伽莫夫的物理学家，他和同事们从理论上推演了大爆炸后几分钟内的情况，得出的结论是：在这几分钟内，宇宙膨胀得极快，冷却速度也极快，这种条件下只能形成有限的一些元素。他们推算出，当时组成宇宙的元素中，有3/4的氢，1/4的氦，含有极其少量的锂和铍。
直到今天，宇宙中也大致维持着三分氢、一份氦的比例。现在宇宙中的氢元素大约是74%左右，氦元素占了24%，而其他元素加起来只有2%。理论和实测结果一致，伽莫夫等人的推演，成了支持大爆炸理论的证据之一。
此外，还有人提出，大爆炸之后产生了巨大的电磁辐射，这些电磁辐射现在仍然存在于整个宇宙之中。
1964年，美国贝尔电话实验室的工程师彭齐亚斯和威尔逊，负责调试探测卫星无线电波的机器。这个机器所接收的信号中一直有噪音，这种噪音来自空中的四面八方，持续不断。这所谓的噪音，其实就是大爆炸所产生的电磁信号，这个信号后来被命名为宇宙微波背景，也有人诗意地称其为“创世余晖”。
从爱因斯坦模型推断出的宇宙膨胀，到三清一氦的元素比例，再到宇宙微波背景的发现，大爆炸学说得到了从理论到观测的一系列证据的强力支持，并成了如今最被认可的宇宙诞生学说。
本书花了很多篇幅来介绍大爆炸，更重要的是，作者是想引出大爆炸之后宇宙所形成的一整套运行规则，作者管这叫做宇宙的基础设施。
这套基础设施的核心是四种基本力，分别是引力、电磁力、弱核力以及强核力，其中“核”是核能的“核”。按作者的话说，这些力是宇宙的灵魂。
这四种力的数值差距极大，比如电磁力的强度大概是引力的十的36次方倍。虽然引力十分微弱，但是在星球和星系的尺度上，引力却扮演着主角。而电磁力则是在分子层面发挥影响，两种合力的作用距离更短，主要是在原子内部起着支配作用。这几种力分工明确，在不同尺度上恪尽职守。至于他们怎样影响着宇宙和生命，我们暂且按下不表，我将在第二部分中进行详细介绍。
宇宙大爆炸还留给了我们创建世界的原材料，那就是原子。前面也提到了，大爆炸之后形成的原子中，有3/4都是氢原子。我们就以氢原子为例，来说说原子有哪些神奇之处。
氢原子作为最简单的原子，只由两部分组成，那就是处于原子中心的质子和一个绕着质子运动的电子。氢原子看似简单，但它却有着神奇的特性。比如氢原子从诞生之初就没再变过，我们每个人身体内都有数不清的氢原子，每一个氢原子的年龄都跟整个宇宙一样，大约137亿岁。也就是说，从宇宙大爆炸至今，这些原子就一直存在。而且宇宙之中所有的氢原子都长一个样，地球上的氢原子和火星上的氢原子一模一样，和几百光年外的其他星系上的氢原子也一模一样。
也许我们习惯了这个现象，但仔细琢磨会发现，这是个了不得的事情。这些原子是永远不变质、不腐败的优良原材料。
如果你能看到原子内部，你也会惊讶于这其中的井井有条。首先，每个质子质量都是电子的1837倍，而且电子总是沿着特定的轨道运行。这跟宇宙中行星绕着恒星运行是不同的，行星的轨道可以千姿百态，有的离恒星近，有的远，有的是椭圆，有的是正圆。但是在原子之中，电子的轨道被自然规律严格控制，这样确保了电子能稳定地绕着原子核运动，从而让整个原子保持稳定。
从四种基本力的强度和作用距离，到原子的种种特点，这些自宇宙诞生之时便已经设定好的参数，一直保持至今，并将一直延续下去。
有学者做出过探讨，如果把这些参数改动一下，会发生什么。比如让质子的重量变化个2%，如此一来，原子就会变得不稳定，根本没法形成其他物质。再有，稍微改变一下宇宙的膨胀速度，世界也会天翻地覆。如果宇宙膨胀的速度太快，分散在空间之中的物质就没法形成恒星和星系。如果宇宙膨胀的太慢，那么所有的氢原子会聚集到一起，变成别的元素，没了氢也就不会有水，最终的结果就是生命根本无法形成。
所以宇宙中的这些参数如同是量身定制一般，都被调整到了合适的数值，为生命的诞生做好了铺垫，这很难说只是一种偶然。
大爆炸之后，宇宙建好了基础设施，随后的环节就是要开始添砖加瓦了。这就到了书中的第二章节，这部分的主题就是物质的形成。
物质的基础就是各种元素。在第一部分也提到了，大爆炸之初，宇宙中充满了两种最简单的元素：氢和氦。但光有这两种元素显然不够，即使你只是想喝口水，至少要有氧原子来跟氢原子组成水分子吧。那么这些其他的元素来自哪里呢？答案是他们来自于恒星。
大爆炸之后，宇宙中弥漫着氢和氦，不过好在有引力，而且幸好引力在大尺度上具有足够的力量，可以将这些分散的元素慢慢聚合到一起。在宇宙所构建的基础规则中，那些精确设定的参数能够让这一切有序运行。在引力的作用下，随着氢和氦聚集的越来越多，于是宇宙中第一批恒星诞生了。
没错，恒星基本就是氢和氦组成的巨大球体。比如太阳的主要组成，就是3/4的氢和1/4的氦。
有了恒星之后，事情就变得有趣了起来，因为恒星将扮演起宇宙的元素加工厂，作者将他们比喻成是宇宙伟大的炼金术士。
如果你有幸进入一个恒星的内部，那一定要做好防护措施，因为这里的温度高达数百万摄氏度，而且压力是地球马里亚纳海沟中压力的10亿倍。而在马里亚纳海沟最深处，一个指甲盖那么大的地方，就要承受一吨的压力。正是在这种极端的高温和高压条件下，氢元素和氦元素开始了融合，也就是所谓的核聚变过程，而这个过程就是强核力和弱核力在起作用。碳、氮等新的元素不断出现，恒星越大，内部的条件就越极端，所能产生新元素的种类也就越多。
在恒星熔炉中生成的这些新元素，每一种都大有用途。比如氯和钠组成了人体必需的盐分，硅元素既是沙子的主要成分，又可以变成陶瓷、玻璃和芯片。当然还有铁元素，它们不仅是高楼大厦的筋骨，又可以在我们的血液中流淌。
在这些元素之中，最神奇的一定非碳元素莫属。碳的形成其实并不容易，理论上两个氦原子聚合形成铍原子，需要另一个氦原子再与这个铍原子聚合才能形成碳。但是铍元素很不稳定，要想生成碳，其实是要三个氦原子几乎同时撞在一起的。虽然这种事件看似概率不高，却早已经被宇宙规则安排得明明白白，各种基本力的强度、质子、电子的各种性质，这些参数一起作用，让碳能够源源不断地被制造出来。
当然，恒星不可能一直存在，它们也有自己的生老病死。比如比太阳大八倍以上的恒星，一般可以燃烧几百万年，然后他们就会在自身重力的作用下坍塌，发生内爆，在经过一阵强烈核聚变反应，瞬间引爆自己。有人估算过，这种恒星爆炸在几秒钟之内释放的能量，可以超过太阳10亿年散发能量的总和。
而恒星的爆炸并不只意味着毁灭，还带来了新的创造。因为有些元素的生成，需要在这种毁天灭地的时刻，比如金元素就要在恒星爆炸时才能产生，而金子对人类文明的影响可是举足轻重的。再有，钴元素也是恒星爆炸的产物，这种元素为文艺复兴中艺术大师的画作添加了亮丽的蓝色。
此外，借助于爆炸，恒星不只是创造新元素，它还变成了元素的播种机。当恒星毁灭之时，巨大的能量会把新产生的元素喷洒到宇宙各处，而这些新的元素会与宇宙尘埃重新组合，形成新的恒星。老恒星死了，新恒星诞生，它们更迭不断，为宇宙中增添新的光彩。
当然，这些由恒星创造的元素，还参与形成其他星体，我们的地球，地球上的一切，其实都是这些死去恒星的遗骸所构建的。所以著名天文学家卡尔·萨根才会说出那句浪漫的名言：你我皆是星辰之子。
仅仅创造元素还不够，生命还需要更复杂的物质，这就需要元素相互组合形成分子，而分子的形成则要依靠电磁力。电磁力可以把不同的原子组合到一起，比如碳元素能跟氢、氧、氮等各种元素组合，化身成各种化合物。碳元素本身也有一个独特性质，那就是碳和碳之间能够相互连接，形成链状或网状，而这些碳链或碳网还能不断拓展。因此，碳元素能形成的化合物数量可能比所有其他元素所能形成的加起来还要多。
这些化合物中就包括糖、氨基酸等等，这些都是生命体中的关键分子。此外，电磁力也能把各种分子粘在一起，进而组成我们周围的一切。比如让不同的氨基酸组成蛋白质，是生命中最基础的化学反应之一，这同样是在电磁力的操控之下。
总之，不论是元素的出现还是分子的形成，都需要依靠宇宙诞生之初便设定好的四种基本力。在四种基本力的推动下，宇宙中有了各种元素作为原料，又通过化学反应产生了无数重要的分子。
有了物质基础，生命就可以准备登场了。这就来到了全书的第三个部分，所探讨的主题就是生命。
在这部分中，作者想表达的核心观点就是，生命的出现和进化过程，是一种偶然之中的必然。这种必然体现在三个层面，分别是分子层面、物种层面和行星层面。
在聊生命之前，得先来说说一个纯物理学的实验，这个实验中透露了一些作者对于偶然与必然的思考。
有一种放射性元素叫做钚，“钚”是金字旁加一个“布”字。如果你把一个钚球拿在手里，会发现它是暖暖的，这种温度是来自于钚原子衰变时所放出的能量。这种衰变有一个神奇的特点，如果你紧盯着一个钚原子，你永远无法猜到他会在什么时候衰变，它可能是100年后衰变，也可能下一秒就发生变化。总之，单个原子的衰变时间是没法确定的。但是如果有一大堆钚原子让你观察，你会发现每隔2万4000年，这堆钚中就会有一半的原子在这期间发生变化，这就是元素的半衰期。
总结一下这个实验，虽然单个原子是无法预测的，但是把一个钚球中所有原子视为整体，那么就能计算出准确的衰变时间，这就是作者所说的偶然之中所酝酿的必然。
嗯，这种物理学上的特点，在生命的进程中也有所体现。
美国生物学家绍斯塔克曾经和同事们做过这样一个实验。首先，他们生成了1万亿种蛋白质分子，重点是这些蛋白质的结构都是随机的，跟现存的生物中的蛋白质没有关系。虽然1万亿看似是很大的一个数，但蛋白质分子很小，即使这1万亿个分子凑到一起，可能你肉眼都看不清楚。绍斯塔克想要研究的是，在这些随机生成的蛋白质分子中，有没有一些分子具有生命所需的基础功能。
首先，绍斯塔克锁定的功能是蛋白质和高能分子的结合能力。所谓高能分子，就是一种为细胞提供能量的分子，相当于是细胞的电池。如果把蛋白质比作细胞中的各种零件，那么这些零件需要连接上电池才能正常工作。神奇的是，绍斯塔克在随机的样品中，真的找出了一些能与高能分子结合的蛋白质。随后，他们在这些筛选出来的蛋白质中继续精挑细选，希望能从中再找出可以在高温下维持稳定的分子，没想到还真让他们找到了。
也就是说，从随机生成的候选者中，就能挑选出具备一些生命特性的蛋白质。绍斯塔克的实验指出，生命体内的蛋白质虽然功能神奇，但确实并不稀有，这与放射性元素的衰变相类似，生命分子也按照同样的模式在运行。单个的生命分子看起来无法被预测，但在无数分子所组成的巨大系统之中，生命的出现变得高度可预测。换句话说，如果宇宙要想创造出生物，它只需要不停制造各种分子，那么生命就可能自然而然涌现出来。
这种偶然之中的必然，还可以延续到物种层面。在自然界中存在着一种叫做趋同进化的现象。所谓趋同进化，是指不同环境、不同类别的生物，进化出了相似的器官或者功能。
比如亚洲的穿山甲、澳洲的土豚、南美洲的食蚁兽，它们分布在距离遥远的大陆上，但它们都是以蚂蚁为食，所以分别都进化出了相似的长舌头，用来舔食蚂蚁。再比如，有些乌贼会进化出发光器官，在浅海的明亮区域中，这种器官可以将乌贼的轮廓藏住，这种用发光隐藏自己的生存策略，在亲缘关系很远的不同乌贼身上独立出现过多次。而在植物之中也有类似的现象，云杉和松树这两个物种，在5000万年前就已经在进化之路上分道扬镳了，但是他们却能独自进化出了抵抗寒冷的特性。
类似趋同进化的例子数不胜数。趋同进化的根源还是在基因上，因为数量相对较少的基因就能让生物的身体千变万化，而很多基因是不同生物共有的。人体中一半以上的基因在果蝇身上也有，比如人类的一些致癌基因和控制肥胖的基因，都能在果蝇身上找到。所以只要让类似功能的基因发挥作用，不同生物就有可能完成所谓的趋同进化。不同物种在应对自然环境的考验时，也会进化出类似的应对方法，这何尝不是一种偶然之中的必然呢？
嗯，当然，即便在分子和物种层面，都体现出了冥冥之中自有安排，但要想真正为生命是否偶然这个问题找到一锤定音的答案，我们还要做一个终极实验。这个实验听起来有点难度，那就是要创造出无数个不同环境、不同样子的地球作为实验样本，观察其中能否再次进化出生命。当然，这个实验的重复次数越多越好。如果这个实验中，生命能够重复出现成百上千次，即使新出现的生命与现在的生命大相径庭，很显然，这就将足以说明生命的出现已经写进了宇宙的计划之中。
你也许会觉得这个想法可真是够天马行空的，但实际上这个实验正在宇宙之中进行。具体来说，是宇宙中无数的系外行星在重复着地球的演变之旅。
所谓的系外行星，一般指太阳系外围绕着其他恒星运转的行星。当前的科学研究认为，因为恒星的表面温度实在太高了，生命只能诞生在行星之上。而如果能找到足够多的系外行星，就可以将它们看作是地球的平行实验场，来检验生命能否诞生与进化。
1995年，学者们发现了第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星，这颗星球被命名为飞马座51B，它距离地球有50多光年的距离。但是很遗憾，这颗行星距离恒星太近，其表面温度可能高达1000℃，没法让生命生存。
不过很快，越来越多的系外行星被发现，如同井喷一般。截至目前，人类已经发现了几千颗系外行星。当然，它们也都千奇百怪，有的是一个水世界，表面包裹着海洋和水蒸气，有的则极其炎热，在地表甚至下着铁雨。
根据估算，单单在银河系中，就有几十亿颗跟地球差不多大的行星有待我们发掘。这些系外行星就是地球的对照组，如果我们能在他们之上发现生命，那就可以证明生命确实写进了宇宙的计划之中。
要想探寻系外行星的生命足迹，确实不容易。离我们最近的系外行星是比邻星B，它离我们也要有4.2光年的距离。好在我们目前可以用一些特殊的手段来进行粗略的探索。比如科学家可以研究这些星球发出的电磁信号，这些信号可以用来分析这颗行星上是不是有海洋、大气层，有哪些成分以及温度如何。也有研究者汇总了地球上数百种生物体的典型电磁信号特点，然后用这些数据去对照着分析那些系外行星。虽然在其他星球上找到类似地球生命的概率极低，但这毕竟也是一种积极的尝试。
不论如何，人类已经在搜寻地外生命之路上迈出了一步又一步，我们需要抱有耐心去等待更多证据的出现。
好，本书的主要内容我们就解读到这里了。让我们再来回顾一下全书的核心观点。
首先，大爆炸之后，宇宙建立起了一套以四种基本力为核心的运行规则。在这套规则之下，各种元素不断诞生，各种分子交相辉映，而在浩如烟海的无数种分子之中，又涌现出具有生命特征的那一部分。这种偶然之中的必然又延伸到物种的层面，相似的生命形式一再出现。而且作者深信，人类终将在另一个星球上找到生命，因为整个宇宙从大爆炸开始，就已经将生命写进了自己的剧本。
当然，作者的观点也只是一家之言，关于生命的出现是偶然还是必然，现在的学术界中仍然是百家争鸣。比如诺贝尔奖得主、法国生物学家雅克·莫诺就曾直说：“宇宙怀孕的时候，肚子里就没有生命。”他认为生物界的所有创造是纯粹偶然。而新的学说也给这个话题提供了新的角度，著名的平行宇宙理论就认为，我们身处的这个宇宙只是无数多宇宙中的一个，而在其他宇宙里有着全然不同的自然规律，并不存在生命。我们只是幸运的处在了这个必然出现生命的宇宙之中。
那么你同意这些观点中的哪一种呢？你认为生命的出现是偶然还是必然呢？欢迎在评论区留言讨论。
好，《生命是宇宙的偶然吗》这本书就为你解读到这里，听书笔记在音频下方，我们下期见。
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