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什么是天道?宇宙是否存在着一个最底层的最基本的规律?

来源:原创 发布:刘小爱 24

宇宙是否存在着一个最底层的最基本的规律?任何人、生命、地球、星系、都无法抗争的规律。如果我们能够了解这个规律,对人的一生又会有什么启示呢?今天我们要讲的故事是一个特别宏观的故事,但是又与微观中的你和我紧密的联系在一起。这是一个追寻宇宙规律,一个追寻天道的故事。

有关这个神秘的故事,我们还得从头说起。时间要回溯到四十六亿年前,有一片跨度达到几光年的巨大的分子云漂浮在空间里。在这片分子云之外,一颗超新星爆发了。它的冲击波将分子云吹到一起,造成了一片超密度区。在引力的作用下,分子云开始塌陷。因为角动量守恒,星云塌陷越来越快。随着星云浓缩,原子相互碰撞的频率加速,他们把动能转化成了热能。大约在一万年之后,收缩的星云扁平化形成了一个直径约两百个天文单位的圆形星盘,并在中心形成了一个热致密的圆恒星。

又经过了五千万年内部的温度和压力变得非常巨大,它的氢开始巨变,太阳终于点火了,核心的氢聚变为氦。它成长为一颗壮丽的主序星,太阳吹出巨大的太阳,风吹散了太阳系中的气体和尘埃,从而结束了行星的生长。这就是我们太阳系形成的过程。有的朋友说你是看见了还是拍下来了,你怎么知道太阳系是这么形成的呢?

这的确是一种科学的猜想,但是这种猜想是有科学依据的。比如哈勃太空望远镜在一九九五年拍摄的著名照片创生之柱,科学家就观测到,在这些巨大的分子原著中啊,恒星形成的过程。所以太阳的形成并不是瞎说的。追本溯源,太阳系里的一切都来自于那片原始的分子云。这些分子云中的大部分质量紧张了,太阳太阳的质量占太阳系总质量的百分之九十九点八六。太阳是太阳系里当之无愧的主宰。由于恒星之间相距遥远,所以太阳系也是一个孤立的系统,这个系统的总能量是可以估算出来的。

假设太阳的能量辐射在它的寿命内是恒定的,那么在太阳生命周期大概约一百亿年的时间里,释放的总能量约为一点二乘以十的四十四次方焦耳,这个数字是一个天文数字。对于我们普通人来说一点意义也没有。那为什么要强调这个数字呢?一点二乘以十的四十四次方焦耳,理论上说就是太阳系所能够提供的能量上限,能量并不是取之不尽,用之不竭的。这就是今天我们这个故事的大前提。在一个孤立的系统里,最终将不再产生能量。时间回到三十八亿至四十一年前。

因为某种我们还未知的原因,地球上出现了第一个生命分子RNA。这个RNA分子拥有遗传信息的储存功能,就是说它可以把生命的密码一代一代的传下去。它还有现在蛋白质具有的催化能力,可以支持前细胞生命的运作。如果把生命定义为具备代谢、自我复制和进化能力的系统,那么RNA分子可以被视为原始生命形式。DNA是以后出现的,它比RNA更稳定,更适合长期存储信息,慢慢的取代了RNA作为主要的遗传物质,这是一种有关生命起源的假设,称为RNA世界假说。

早期的地球环境非常的恶劣,但是不缺乏能量。在海底火山口的附近有大量的热能,天空中强烈的紫外线是高能电磁波、热泉或矿物表面,酸碱梯度或氧化还原梯度,可以产生电化学势,从而产生势能。这些都可能给RNA分子提供了能量,让RNA分子可以生存下来。能量是什么东西呢?能量指的是系统中能够做功的能力。能量可以从一种形式转化为另一种形式。从某种意义上说,生命本身也是能量的转化形式。为什么这么说?因为生命体一直在做功,生命形式需要能量来驱动生物的化学过程,包括我们的新陈代谢、运动、繁殖和维持身体内的细胞环境,没有能量,这些化学过程无法进行。这也就解释了为什么能量是维持一切生命活动的基础。在能量的支持下,生命不断进化。最早的dna发展出三个生物域,分别是古菌域、细菌域和真红古菌发展出了一种奇特的能力。它可以通过一种叫做是紫红质的光敏蛋白质,将光能转化为化学能,维持生命的发展。但是细菌在能量转化方面比古菌更成功。大约在二十七亿年前,细菌里的蓝藻发展出了光合作用机制,它可以吸收光能,转化为葡萄糖等碳水化合物,存储起来,并且释放出氧气。蓝藻释放的氧气一点一点的改造了地球大气环境。大约二十亿年前,臭氧层出现了,臭氧层可以吸收太阳辐射中大部分有害的紫外线,为地球上的生命提供保护。

大约在十五亿年前,一次偶然的机会,有一个巨大的真核细胞吞掉了一个篮子,这个真核细胞就与蓝藻共生了,成为黄盒真核藻类,真核细胞也具有了光合作用的能力。早期的光合藻类逐步的演化,大约在十亿年前出现了多细胞形式。光合藻类通过光合作用生成了葡萄糖等有机分子,他们利用能量的水平大大的增加,逐步进化为植物。在六亿至七亿年前,最早的动物进化出来了,他们可能是类似于海绵的简单的多细胞生物。海绵以吃水中的细菌和浮游植物为食,这是一次翻天覆地的巨大变化。动物变成了一种消费者,他们本身不再创造能量,而是依赖植物提供的有机物质生存。这种好处是显而易见的,动物通过吃植物,可以更加高效便利地利用。什么呢?当然就是能量。大约在四点七亿年前,植物开始向陆地迁移,演变为今天的陆生植物,逐步进化成苔藓、蕨类植物和种子植物又过了五千万年。

大约在四点二亿至三点六亿年前,最早的四组被动一种水中的肉鳍鱼类开始登陆。最终这些早期雨的后代逐渐演化出了更强的四肢、肺部和其他适应陆地生活的特征,成为完全适应陆地的脊椎动物。大约在距今两百万年左右的时候,在非洲大陆上,直立人出现了,人类开始统治了地球。以上我们用最简单的篇幅介绍了生命的进化史。大家再回想一下,生命到底在做什么呢?生命就是在做转化,能量与储存能量的工作。他们最早利用光能、热能、化学势能生存于繁殖,但是这些能量的转化效率非常有限,只能维持最简单的低等的生命,怎么办呢?DNA的一只就进化成植物,它们从水里走向陆地,发展出更大更高效的捕获光能的器官,目的就是为了大量的存储能量。相应的d n a的另一只就发展成以吃植物为生的动物,通过吃植物动物获取了更多的能量。因为动物的肉类含有大量的蛋白质、脂肪和其他必要的营养素,是比植物更高能的食食物。于是毫无意外,动物中又进化出了食肉动物,专门吃动物卫生,生命不断的进化,最终进化出了我们人类。

这一连串的进化是为了什么呢?现在我们知道,一个成年人平均每天要摄入两千卡路里的热量,身体的哪个部分消耗能量最多呢?就是我们的大脑,大脑大约消耗了百分之二十的总能量,也就是每天要消耗四百卡的能量。这个能量到底多不多呢?说实话四百卡就是两个馒头提供的热量,两个馒头就能支持人类大脑做一整天复杂的工作,这种能效比是惊人的。这样看来,生命使用了三十八亿年的时间,就是为了进化出人类的大脑,产生出智慧。可这又是为了什么呢?时间来到一百万年前,在今天南非被开普省的库鲁曼地区,直立人学会了用火。其实我们并不知道直立人是什么时候开始用火的。目前为止南非的这处啊叫做奇梅尼和洞穴的古人类遗址,是已发现的最早的一处使用火的遗迹。洞穴中发现了烧焦的骨头和灰烬。经过科学检测,距今大约有一百万年的历史。

现在,奇梅尼和洞穴被列为南非的国家文化遗产,对探索早期人类如何生存有重大的意义。火到底是什么?火是燃烧过程中产生的现象,燃烧的本质是一种氧化还原反应。在这个过程中,可燃物质中的化学键断裂与氧气结合,形成了新物质,同时释放出了大量的能量。在燃烧反应中,化学能被转化为热能和光能控制,火,标志着人类第一次将一种自然现象转化为了可控的能源形式。这是人类技术进步的重要的里程碑。前面也介绍了自然界的能量有很多的种类,比如有电磁能、化学能、核能、热能、动能、电能,它们之间存在着相互转化的过程。比如说化学能通过新陈代谢就会产生动能,动物就可以在大地上行走,在天空中飞翔。

再比如说太阳通过热核反应产生了巨大的热能,这些能量通过热辐射转化成了电磁波,主要就是可见光、紫外线和红外线。在通过太阳能电池,电磁能又被转化为电能。人类文明的发展史与人类不断的掌握能量之间相互转化的方法是密不可分的。人类在掌握了火之后,又陆续掌握了多种能量转化方式,比如在史前时期就学会了利用机械能、使用杠杆和轮轴等简单的机械建筑。大型的工程大约在三千年左右的时候,开始利用风能和水能制造了帆船、风车和水力磨坊。十八世纪,人类发明了蒸汽机,蒸汽机的发明是能量转化的一次重大突破。

通过燃烧煤炭,把水加热成蒸汽,再用来推动机器到十九世纪发明了发电机,将机械能转化为电能,同时发明了内燃机,将化学能直接的转化为机械能。到了二十世纪,人类掌握了核裂变反应。通过核电站将核能转化为热能,再通过蒸汽轮机发电。核能的开发又是一场巨大的革命,化学能只能利用原子总质量能量的十亿分之一到一分之一。而核能可以利用原子总质量能量的千分之一到百分之一,这完全是两个概念啊,相差了很多个数量级。所以核裂变是革命性的进步,只需要很少的放射性物质,就能产生巨大的能量。但是核裂变也有很多问题,最重要的是安全问题,包括放射性物质处理、核反应堆运行安全和核事故等等。所以人类还要寻找更安全清洁的能源,那就是核聚变。核聚变是使用氢原子核在极高温高压的条件下,结合形成更重的原子核,同时释放出大量能量。这个原理和太阳的燃烧原理是一样的,太阳的能量就是通过核聚变产生的。然而核聚变还不是最终的目标。实际上人类还了解到另一种更高效的能量,那就是正反物质的湮灭。当正反物质相遇时,它们会完全湮灭,将全部的质量转化为能量。核能最高只能利用原子总质量能量的百分之一。

但是,正反物质湮灭会利用物质百分之一百的能量。当一个正物质与一克反物质相撞并湮灭时,能释放出四点三万吨t n t当量的能量,这是什么概念呢?相当于三个光岛原子弹的爆炸威力。大家想一想,只有两克的物质居然能够释放出这么大的能量,这是一种多么强大的力量。现在人类已经可以制造反物质了,比如在欧洲核子研究中心和美国费米国家实验室都能够制造出来,但是数量非常的微小,只有几纳克制造过程极为复杂和昂贵。以目前人类的技术制造反物质是得不偿失的,因为制造出来的能量要远远的小于获得的能量,所以利用正反物质湮灭产生能量,在现阶段还只是一个科幻上的概念。但是历史的经验表明啊,只要人类能够认识到这个概念,终究有一天会实现应用,这只是时间上的问题。以上呢我使用了最简单的篇幅介绍了能量应用与未来的展望。从直立人出现的两百万年时间里,人类利用能量的能力越来越大。那能不能这样理解生命产生的意义就是不断的突破,能量的限定,不断的寻找更巨大的能量的过程呢?

这就是今天我们想要讲的天道吗?非常可惜啊,事实并不是这样的,我们这个宇宙有另一套运行的方式。

时间来到一八五零年,德国物理学家鲁道夫克劳修斯发表了一篇论文,论作为动力的热,以及由此定律所引出的热的性质。在论文中,他首次提到了热力学第二定律的概念。简单的说,就是在不做功的情况下,不可能把热量从低温的物体传递到高温物体上。这话是什么意思呢?举个例子啊,把一杯热咖啡放在房间中,随着时间的推移,咖啡会逐渐冷却到与房间温度相同的状态。除非我们去加热这杯咖啡,也就是给咖啡做功,否则这种情况绝对是不可逆的。克劳修斯发现并总结了这个规律,到一八六五年的时候,克劳修斯进一步完善了他的理论。

他提出,在一个封闭的系统里,在外力无法对该系统做功的时候,这个系统内在的混乱程度会不断增加。从有序走向无序,最终这个系统会达到热平衡的状态,再也没有任何可用的能量,这就是著名的熵增。第一,科学研究告诉我们,这个定律的确是一条铁律世界的无序度在增加。就好比我们的屋子,为什么屋里的一切总会变得混乱,为什么脏衣服自己不会变干净?为什么冷水不能自己沸腾?为什么所有的混乱不能自动恢复到有序的状态呢?因为每当能量从一种状态转换到另一种状态时,我们就会得到相应的惩罚。比如说烧木头,木头释放了能量,相应的惩罚是变成了灰,不可能重新再烧一次了。万物都会从有序变成无序,这个过程就是熵增。熵增定律有两个关键条件,一是封闭系统,二是无外力做功。在节目开头我们就说了,其实太阳系就可以看成是一个封闭的系统。太阳系的总能量大概是一点二乘以十的四十四次方焦耳,这说明太阳系终有一天会达到热平衡状态,成为一个死寂的星系。有的人想不用怕,除了太阳系外,宇宙还有其他的恒星系呢。人类难道不能离开太阳系到其他的恒星系去生活吗?这是一个美好的愿望。原本啊大家以为宇宙中的能量是取之不尽,用之不竭的,直到一个震动科学界的重大发现,彻底颠覆了我们对宇宙的认知。

时间来到一九九八年,两支独立的研究团队、超级新星宇宙学计划和高鸿怡超新星搜索小组分别对宇宙中遥远星系里的EA型超新星进行了观测。通过比较超新星的实际亮度和观测亮度,天文学家可以精确地测量它们的距离。科学家惊讶的发现,除了仙女座星系,因为引力作用会与银河系合并外,所有的星系都在以越来越快的速度离我们远去,这说明宇宙正在加速膨胀。此后,宇宙加速膨胀的证据越来越多,比如对宇宙微波背景辐射的观测和宇宙大规模结构的调查,都得到了宇宙在加速膨胀的观测结果。这说明什么呢?

宇宙中所有的星系最终都会成为一个孤立的,再也没有外力可以做功的系统。所以宇宙中的每一个星系都会遵从商增定律。英国著名天文学家、数学家爱丁顿爵士就说过,熵增定律是自然界至高无上的定律,它为什么至高无上?因为这是宇宙的宿命。随着时间的流逝,宇宙中的所有热量都将达到平衡。熵增定律预言了宇宙的结局,我们的宇宙终将成为一个死寂的宇宙,这是宇宙中所有物质的命运。因为生命也属于物质,所以这也是宇宙中所有生命的命运。以上我用了这么多篇幅去讲能量,其实这都只是铺垫,下面才真正的进入到今天的主题。什么是天道?天道是宇宙运行的最基本的道理,这个道理是什么呢?用最简单的话来说,就是追寻最大的能耗比生命就是为了这个目的而出现的。从最低等的细菌古菌开始,就在不断的追求更高效的能源驱动身体的进化。用了四十亿年的时间,最终进化出了人类的大脑。

人类的大脑在做什么工作呢?我们全部的大脑活动都可以看成是继续寻找高效能源,不断追求更大功率的一个过程。从火的掌握到机械能、风能、太阳能的利用,再到热能,电能与核能的开发。而现在呢阶段性的目标已经很明确了,就是要百分之百的利用原子中的所有能量,要使用正反物质湮灭的方法去创造能量。但这只能说是一个阶段性的目标。随着人类对宇宙的认识不断深入,可能还会有比正反物质湮灭更高效的能源。但是那个阶段还比较遥远,现在就算是科幻都幻想不出来。归根到底还是我们对宇宙的认识太肤浅了。我们的知识还处于一个初级阶段。回到天道这个主题上来,从某种角度来说,人类社会的发展也与追求更高的能耗比紧密的联系在一起。

从原始狩猎文明到农耕文明,人类实现了从部落到国家的转变。国家提供了法律与制度保障,相对稳定的社会环境。随着社会分工的发展,科学研究逐渐的从哲学、神学和其他职业中分离出来,成为一项独立的职业。到十八世纪中期,英国率先的进入到工业革命,工业革命带来了巨大的经济变革,国家的经济职能逐渐增强,为现代国家的形成奠定了基础。人类从农耕文明又进入到工业文明的时代,二十世纪迎来了科学的大发展。相对论、量子力学和DNA双螺旋结构成为二十世纪最伟大的三大科学理论,分别从物理学、化学和生物学的角度,彻底的改变了我们对宇宙物质和生命的理解。在这其中有一个认知就是对天道的最好的总结。量子力学奠基人之一薛定恶在他的著作生命是什么中这样写道,人活着就是在对抗熵增定律。

因为宇宙的结局是不能改变的,宇宙中的能量最终将不再做功,所以生命的意义就是要最大化的利用宇宙的能量。在一个孤立系统无法做功之前,发展出高科技,跳出这个系统。比如从太阳系向银河系致命,在宇宙毁灭之前进入到其他的宇宙,像高维宇宙、平行宇宙,甚至重新创造出一个新的宇宙,这就是生命的意义。好了,现在我们可以回到片名的问题上了。在现如今的社会环境下,如何去判断人类行为的好与坏呢?那就是凡事都要以天道为评价的标准,凡是符合天道的,也就是以追寻更高能耗比为目标高的,比如节约能耗、减少碳排放、保护水资源、减少环境污染,这些都是追寻更高能耗比的重要条件。就是我们应该去做的大到维护世界和平,创造更美好的社会制度,甚至在未来消除国家创建一个没有国界的地球村。这些都是人类的总体目标,一切的一切都是为了人类能够延续种族的生命,最终逃离宇宙热寂的命运。

所以,凡是符合天道的政策与制度,我们就认为是好的。凡是不符合天道的政策与制度,我们就认为是不好的。这就是判断人类行为好与坏的最直接的标准。

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