科学星球 - 节目列表

如果我现在和你说，想象一下这样一种高科技布料：柔软有弹性，却又坚固耐用，还能保证终身使用。它能够随着你的成长自动延展，为你在冬天保暖，在夏天带来清爽舒适。如果弄脏了，也不用担心，它拥有自动去污、自我修复的功能。即使撕破或烧坏了，你也不必动针线，几天之内，这种布料就会自愈。 你身上穿着的正是这种布料，它就是你的皮肤。假如你碰巧是一棵沙漠仙人掌，你的皮肤上就会长出白色细毛，以反射阳光，帮你降温；如果你碰巧是一只北极熊，你身上的白毛就会是中空的，能更好帮你隔绝严寒，保持体温； 生命是最伟大的发明家。它是如此丰富多彩、复杂多变。我们不得不感叹，这样错综复杂的织锦花样是如何织出来的呢？宇宙似乎不可能把北极熊的皮毛写进它的建设规划里，但另一方面，这些复杂的生命形式又怎么可能完全是出于偶然的呢？这是否意味着北极熊是两者共同作用的结果？就像中头彩的运气再加上大自然建设规划的设计一样？ 当然，宇宙的建设规划中已经包含了生命所需的先决条件。这些条件包括：化学元素的组合；分散在银河系各个角落的岩石行星的集合；稳定的主恒星几十亿年如一日地温暖着这些“行星家园”，让它们沐浴在能够催化生命化学反应的阳光中；所有这些以及许多其他因素，都自然地出现在宇宙的初期条件中。我们知道这些，是因为我们可以使用大自然建设规划中的参数来模拟恒星、星系和行星的形成。但是，一谈到生命，物质的世界和生命的世界之间就出现了一条无法跨越的鸿沟。我们至今还无法推断，生命是否是演化的必然结果。 然而，已经有大量证据，证明宇宙确实把生命写进了建设规划。 我想和你一起探讨这方面的多条证据链。也许无法通过单独一条线索得出结论，但所有线索加在一起能构成初步的证据。

在前面的节目中，我收到了两位朋友发来的提问，问题非常好，我决定以这两个问题为起点，开始今天的思维探索之旅。 范德彪西提了个问题：如果这个宇宙是大爆炸产生的，那么现有的宇宙空间应该是一个球形，我们的地球极大概率不处于这个球的圆心上。可我们用望向宇宙深处时，看到了130亿年前的影像，这是距宇宙大爆炸不太久后的样子。如果用此方法向前后左右上下各观察一次，获得每个方向上可观察宇宙边界的距离，是不是就能计算出地球所处的宇宙相对空间了？ 结合学过的内容，从地球观察宇宙各方向，星系又是似分布均匀，这不证明地球正好在宇宙的中心吗？难道真的这么巧？ 不要休息日搞装修提了另外一个问题：请问宇宙的有限如何描述？比如我们说一个弹珠有限是因为它有明显的边界，而宇宙的有限之外是空吗？如果我们跑到宇宙边缘，会看到什么？

今天的我们总会被各种各样的科学结论直接喂饱，打开各种视频网站，你会看到很多言之确凿的理论，再配上一些星球和星系的画面，仿佛我们已经站在上帝视角看穿了宇宙的一切。但实际上，你看到的那些画面，绝大多数都是计算机模拟的，我们没有、也不可能有那样的设备，在俯视角看到宇宙的全貌、再把画面传回地球。 和这些内容相反，我更感兴趣的，是发掘这样一个过程：渺小的人类，凭借双脚站在这个像沙粒一般的小星球上，仰望星空，仅凭自己的进化了几十亿年的思维，去逐层探究宇宙留给我们的一个又一个谜题。那些伟大又精妙的思考过程，才是人类闪耀出的智慧之光。 今天，让我们从一个已经知道答案的谜题开始，讲述我们是怎样通过思辨和计算，得出结论的。

上期节目的最后，我跟你讨论了一个看起来很简单，其实深挖下去很深刻的问题，从量子层面考虑，为什么科学家在寻找外星生命的时候，总是先考察一颗星球上到底有没有水，为什么生命就必须得有水，也就是H2O这种物质。可能你会在直觉上觉得科学家太保守了，一点想象力都没有，但当我们从微观世界原子和电子之间的关系，一路推演到形成多细胞复杂生命必要的条件，你就知道，还真就得是H2O这种看起来普通、实则非常特殊的物质，才能支持生命。 那期节目聊完这个话题，很多朋友意犹未尽，还想让我聊聊，我们地球上的生物都是碳基生命，那硅基生命可能存在吗？我们有可能在这个物理规律的宇宙中，找到硅基生命呢？ 我的想法是，盲猜没意义，你说可能有，他说不可能，谁都没法说服谁。那今天，我们还是尝试用同样的推演方法，从最基本的物理学层面，一点一点跟着逻辑往前走，看看最终会把我们带到一个什么答案面前。 其实最重要的不是最终答案，有没有硅基生命，而是这个推演的过程，是一次愉悦的智力体操。 我们的故事，要从一本杂志上的一条新闻说起。 下面这张图是元素周期表，供你听节目的时候参考：

上一期内容，我们用了比较大的篇幅讨论了这样一个问题：在一个混沌黑暗的宇宙中，怎么能形成超级有序的恒星？这个过程明明是反热力学第二定律的，那它又是怎样实现的？那期内容是今天这一期很重要的基础，强烈建议你听听。 今天这一期往下的几期，我们要来聊聊，站在纯物理学的角度来看，在一个热力学第二定律主宰的宇宙里，为什么会出现比恒星更加精密、更加低熵的奇特现象：生命。

不出意外的话，宇宙的终结将会是熵值最大的热寂状态，还讨论了熵增这件事在原理上他为什么就是不可逆的。最后还留了个问题：既然宇宙按热力学第二定律走，无序度不断往上涨，那大自然为什么还能弄出那么多井井有条的事物呢？从原子分子到星星银河，再到生命和思想，这到底是为什么呢？ 说白了，咱们得解释一下，既然熵增是板上钉钉的事，那宇宙中很多井然有序的现象，得有个更有序的宇宙起源才能说得通。 继续探索下去，你会发现，那些能量和秩序集中的地方（比如说恒星），其实是宇宙按第二定律的方向，越来越乱的过程中自然形成的。长远来看，这些有序的地方其实是帮助宇宙达到最大熵的催化剂。在这个过程中，它们也促进了生命的诞生——这也是熵增过程的一部分。 我们这样的节目肯定不会去讲玄学，而是要在基本原理层面给这个看似矛盾的问题拿出一个可以信服的解释，今天，我就尝试把这件事跟你彻底聊透。