科技知識之科學(xué)前沿2
2.宇宙起源
宇宙發(fā)端于距今100多億年前的大爆炸,起初不僅沒有任何天體,也沒有粒子和輻射,只有一種單純而對稱的真空狀態(tài)以指數(shù)方式膨脹著(這種膨脹比后來弗里德曼模型中的膨脹劇烈得多,稱為暴脹)。今天我們所知道的自然界中四種基本相互作用力,即引力、強(qiáng)力、弱力和電磁力,那時是不可區(qū)分的。隨著宇宙的膨脹和降溫,真空發(fā)生一系列相變(如同水在降到零攝氏度時變成冰那樣):在大爆炸后10-44秒,發(fā)生超統(tǒng)一相變,引力作用首先分化出來,但強(qiáng)、弱、電三種作用仍不可區(qū)分,夸克和輕子可以互相轉(zhuǎn)變;到大爆炸后10—36秒,大統(tǒng)一相變發(fā)生,強(qiáng)作用同電、弱作用分離,物質(zhì)和反物質(zhì)之間的不對稱性(即質(zhì)子、電子等這類物質(zhì)多于反質(zhì)子、正電子之類反物質(zhì)的現(xiàn)象)開始出現(xiàn);10—10秒以后,弱電相變發(fā)生,弱作用和電磁作用分離,完成了四種相互作用逐一分化出來的歷史。
從3分鐘以后經(jīng)過約70萬年,宇宙的溫度降到3000K,電子與原子核結(jié)合成穩(wěn)定的原子(這個過程稱復(fù)合),光子不再被自由電子散射,從此宇宙變得透明。又過了幾十億年,中性原子在引力作用下逐漸凝聚為原星系,原星系聚在一起形成等級式結(jié)構(gòu)的星系集團(tuán)。與此同時,原星系本身又分裂形成千千萬萬的恒星。恒星的光和熱是靠燃燒自己的核燃料提供的。其后果是合成碳、氧、硅、鐵這些早期宇宙條件下不能產(chǎn)生的重元素。在恒星生命即將結(jié)束時,它將通過爆發(fā)形式拋出富含重元素的氣體和塵粒。這些氣體和塵粒又構(gòu)成新一代恒星的原料。在某些恒星周圍,冷的氣塵會坍縮成一個旋轉(zhuǎn)的薄盤。這些塵粒通過相互吸引碰撞粘合,最后形成從小行星到大行星的形形色色天體。
3.生命起源
(1)生命的本質(zhì)。生命現(xiàn)象最本質(zhì)的內(nèi)容是自復(fù)制(可以自我繁殖)和自組織。DNA攜帶著決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的遺傳信息,是最重要的生物大分子。
(2)生命的起源,在還沒有生命的地球上,由于自然的原因,通過化學(xué)作用,由簡單的物質(zhì)逐漸演變成復(fù)雜的物質(zhì),產(chǎn)生出多種有機(jī)物和大分子。也就是說,在自然選擇下長期進(jìn)化的生命系統(tǒng)出現(xiàn)之前,就存在著另外一種進(jìn)化,即“化學(xué)進(jìn)化”,這種化學(xué)進(jìn)化的作用是造就一種分子型材料,這些分子型材料形成了氨基酸、糖等通用的“結(jié)構(gòu)單元”,現(xiàn)存的生物就來自這些“結(jié)構(gòu)單元”;瘜W(xué)進(jìn)化大致包括四個階段。①從無機(jī)小分子物質(zhì)生成有機(jī)小分子物質(zhì);②從有機(jī)小分子物質(zhì)形成有機(jī)高分子物質(zhì);③從有機(jī)高分子物質(zhì)組成多分子體系;④從多分子體系演變?yōu)樵忌?/font>
從多分子體系演變?yōu)樵忌,這是生命起源過程中最復(fù)雜和最有決定性意義的階段,它直接涉及原始生命的發(fā)生。目前,人們還不能在實(shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證這一過程。不過,我們可以推測,有些多分子體系經(jīng)過長期不斷的演變,特別是由于蛋白質(zhì)和核酸這兩大主要部分的相互作用,終于形成具有原始新陳代謝作用和能夠進(jìn)行繁殖的原始生命。以后,80年代初,分子生物學(xué)家凱奇和奧特曼提出,RNA可能是最早出現(xiàn)的能自我復(fù)制的分子。根據(jù)化石記錄,在45億年前,即地球形成后的頭10億年內(nèi),出現(xiàn)了這種物質(zhì)。1986年,瓦特提出了"RNA"世界這一術(shù)語,認(rèn)為第一批誕生的生物體由簡單自我復(fù)制的RNA分子組成,隨著它們的進(jìn)化,它們學(xué)會了合成蛋白質(zhì)和脂類,前者可以幫助它們的復(fù)制,后者可以形成細(xì)胞壁或膜,最后這種RNA生物體產(chǎn)生DNA,起著一個更可靠的遺傳信息庫的作用,從而為生物的進(jìn)一步進(jìn)化打下了基礎(chǔ)。
綜上所述,地球上的生命大約起源于45億年前。