科学宇宙如何使我们的生存成为可能?


仅通过观察我们自己的身体 , 我们就可以了解很多有关宇宙历史的知识 。 一个成年人就是一个非常复杂的系统 , 它由数万亿个细胞组成 , 大约有10^28个原子:原子是地球上所有物质的构建基块 。 关于人类造物的科学故事 , 不仅使我们了解了地球生命的进化和历史 , 而且也使我们了解了整个宇宙 。
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使我们得以存在的不仅仅是数十亿年的生命存活、繁荣昌盛、充满了地球上每一个可能的生态位 , 而是一个完整的宇宙 , 从上一代的恒星到古代星系的合并 , 再到大爆炸本身 , 甚至暗物质在使人类能够在宇宙中生存方面扮演着极其重要的角色 。 人类在地球上诞生化了138亿年
它不只是数十亿年的生命生存 , 繁荣 , 并填补了每一个生态利基可能在我们的星球上 , 使我们存在 , 但整个宇宙 。 我们是如何成为什么样的故事需要各种各样的宇宙前辈 , 从前几代恒星到古代星系的合并 , 到大爆炸本身 。 即使是暗物质 , 在使人类能够生存在这个宇宙中也起着极其重要的作用 。 人类花了138亿年的时间才诞生于地球上 , 我们终于重新构造了关于如何到达这里的宇宙故事 。
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图注:人体组成 , 按原子序数和质量计 。0.1毫克或更高的水平代表人体中有56种元素 , 其中大多数具有已知的生物学功能 。
在一个非常基本的层面上 , 我们可以简单地通过观察构成人体的微小成分(原子)来了解人类 。氧气是人体中最丰富的元素 , 其次是碳、氢、氮和钙 。 总而言之 , 元素周期表中至少有56种不同的元素构成典型人类的至少0.1毫克 , 而轻元素和重元素在人体的生物活动中均起着重要作用 。
在过去20万年左右的时间里 , 人类已经在地球上行走 , 每一代现代人类都源于前一代 。 每个生物都是这样工作的:它是从其父代有机体(或从多个父本)衍生而来的 , 遗传物质(加上发生的任何突变)是从父代传给孩子的 。 在地球上超过40亿年的不间断的生命线中 , 这是当今存在的每种生物的来源 。
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图注:被称为虹吸虫的一类令人着迷的有机体本身就是一个小型动物的集合 , 它们共同作用于形成一个更大的殖民生物 。 这些生命形式跨越多细胞有机体和殖民生物之间的边界 , 可能代表多细胞生命形式发展的中间进化阶段 。
但是 , 曾经存在的所有各种形式的生命 , 都依赖于人类所拥有的相同成分:相同的原子和相同的元素 。 它们都需要一个稳定的家园 , 在那里它们可以组装成可以自我繁殖和维持数十亿年的生命形式:像地球这样的岩石行星 , 围绕着相对稳定的恒星 , 例如我们的太阳 。 无法保证像人类这样的事物的进化是不可避免的 , 但是对于宇宙中每个与地球条件相似的星球 , 我们必须认识到这是可能的 。
那么问题是 , 在宇宙中如何发生一颗类似太阳的恒星 , 围绕类似太阳的恒星生长 , 并具有生命所需的正确原料呢?您不能只说“宇宙是通过这种方式创造的” , 因为这不是科学的工作原理 。 在科学中 , 如果您想知道有关宇宙的问题的答案 , 则必须询问宇宙本身 。 我们这样做的方式是通过提出假设 , 进行实验 , 进行观察并得出结论 。
幸运的是 , 该方法在提供我们寻求的答案方面非常成功 。
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图注:以我们的太阳系衡量 , 当今宇宙中元素的丰度 。 宇宙中排名前10位的元素依次是氢、氦、氧、碳、氮、氖、镁、硅、铁和硫 。


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