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生命究竟是什么？是如何起源的？英國著名科普作家約翰·格里賓認為，答案就在關(guān)于宇宙運行方式的七大科學發(fā)現(xiàn)之中，他稱之為科學七柱；從碳原子到銀河系，七大科學支柱支撐了我們的存在，以及宇宙中其他生命的可能存在。作者在本書中環(huán)環(huán)相扣地解釋了這七大支柱，以緊湊的篇幅和簡潔準確的表述，出色地展示了人類對生命的理解所基于的那些令人驚訝的秘密。

本書以精心設(shè)計的結(jié)構(gòu)和幽默機智、深入淺出的行文風格，將生物學、物理學、化學、生物化學等多種學科知識熔為一爐，站在科學發(fā)展的最前端來回顧科學史，既能引導(dǎo)讀者了解當代科學發(fā)展的現(xiàn)狀，也能啟發(fā)思考今日科學成就背后的歷史原因。用現(xiàn)代科學的七大重要發(fā)現(xiàn)來解釋生命之謎，關(guān)乎每個人對自身的認識，適合所有有好奇心的讀者。

◎ 作者介紹

約翰·格里賓(John Gribbin)，英國著名科學讀物作家。他是劍橋大學天體物理學博士,現(xiàn)在是薩塞克斯大學的客座天文學研究員。1974年，他以其關(guān)于氣候變遷的作品獲得了英國最佳科學著作獎。約翰·格里賓著有50多部科普和科幻作品，如《尋找薛定諤的貓》（In Search of Schr?dinger’s Cat）《愛因斯坦的杰作：1915 和廣義相對論》（Masterwork: 1915 and the General Theory of Relativity）等，還與妻子瑪麗·格里賓合著有《理查德·費曼：科學中的生命》（Richard Feynman: A Life in Science）、《科學：100 個實驗的歷史》（Science: A History in 100 Experiments）等。格里賓的書已被譯成多種語言，曾入圍“2019英國皇家學會洞察投資科學圖書獎”（Royal Society Insight Investment Science Book Prize），并被《旁觀者》（Spectator）雜志稱為“世界上最優(yōu)秀、最多產(chǎn)的科普作家之一”。

◎ 譯者介紹

鐘遠征，1986年生，復(fù)旦大學外國哲學博士，現(xiàn)為鄭州大學哲學學院講師、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為現(xiàn)代英美哲學、科學哲學。譯有《戰(zhàn)時家族》《別掙扎了，你該分手了！》《無所樂觀的希望》等。

前 言　智慧七柱

序 章 別處的世界：或許我們并不孤獨

支柱一 固體幾乎是虛空

支柱二 恒星就是太陽，我們知道它們的構(gòu)成

支柱三 生命之力不存在

支柱四 銀河系：儲存生命原材料的倉庫

支柱五 碳原子的巧合

支柱六 生命之書由三個字母寫就

支柱七 冰難以置信的輕

結(jié) 語 瓶頸：或許我們是孤獨的

進一步閱讀

譯后記

太陽是一個自然事物的說法，震驚了阿那克薩戈拉的同胞們，以至于他因異端言論被捕并被永遠驅(qū)逐出家鄉(xiāng)雅典。兩千多年后，直到 17世紀，另一位試圖將太陽解釋為自然現(xiàn)象的思想家伽利略，也被指控為異端。

但就在阿那克薩戈拉之后的幾百年，另一位希臘哲學家埃拉托色尼使用完全相同的數(shù)據(jù)進行了一個略有不同的計算。你或許聽過這個版本的故事。埃拉托色尼假設(shè)地球是球形的，并猜測太陽離地球如此之遠，以至于太陽發(fā)出的光線是沿著平行線到達地球的。根據(jù)這一假設(shè)，在尼羅河三角洲測得的垂線外7度角與從地球中心測得的從三角洲到賽依尼的距離在地球表面所對應(yīng)的角度相同。這使得計算地球半徑成為可能。因為角度一樣，答案也是一樣的——4000英里。但它現(xiàn)在被解釋為地球的半徑，而不是太陽和地球的距離。因為埃拉托色尼是“正確的”，他的版本被記入教科書和通俗的故事中，而阿那克薩戈拉就被忽視了。但這件事的意義不在于誰對誰錯。好的理論有其基礎(chǔ)，并根據(jù)可靠的證據(jù)做出可被檢驗的預(yù)測。如果理論通過了這些測試，它將繼續(xù)被使用；如果它沒有通過這些測試，就將被拒絕。綜合起來，希臘哲學家的兩個理論（嚴格說來是假說，但我不會計較措辭）告訴我們，要么地球是平的，太陽距其約4000英里；要么地球是一個半徑約 4000英里的球，太陽處在一個遙遠但未知的距離。后來的觀察和測量，才使我們有可能決定哪一個更能描述真實的世界。

這個故事還有令人警惕的方面。即使一個激進而富于遠見的思想家，在尋求真理的過程中敢于直面當時的權(quán)威，也無法擺脫地球是平的這一先入之見。但阿那克薩戈拉卻從未考慮過其他選擇。科學史上充滿了類似令人遺憾的觀點，它們雖建構(gòu)于無可挑剔的邏輯并且完全準確，但卻是基于對某些被事實證明完全不真實的東西的未經(jīng)反思的信念?？茖W不應(yīng)是關(guān)于信念的，而應(yīng)關(guān)乎對深信不疑的信念的懷疑。但這并不是說，這總能讓生活歸于平靜，正如喬爾丹諾·布魯諾付出沉痛代價所發(fā)現(xiàn)的那樣。請注意，布魯諾似乎是特意和自己的生活過不去，而不僅僅是為了追求科學。

固體的內(nèi)部竟是虛空？果真如此，它們又是如何結(jié)合在一起的？

通常人們所認為的“生命力”真的存在嗎？如果不存在特別的“生命力”，那又如何區(qū)分生物和無生命物體？

巨大的冰山為什么能漂浮在水面上？

縱觀歷史，科學一直在思考著不可思議的問題。那些表面看來違背常識的答案，都與基礎(chǔ)性的重大科學發(fā)現(xiàn)有關(guān)。這些答案在科學史上都一度聳人聽聞，有些到現(xiàn)在依然令人驚訝。

著名科普作家約翰·格里賓以七大科學支柱為阿里阿德涅之線，解讀宇宙基本秩序與地球生命的起源，思索亙古以來人類關(guān)心的問題：生命是怎么產(chǎn)生的？我們在這個宇宙里究竟是不是孤獨的？

作者巧妙地連點成線，展示出一幅宏大圖景，這幅圖景比其組成部分的總和更令人感到驚奇。此外，本書也貫穿了對科學本質(zhì)特征的思考：科學不應(yīng)是關(guān)于信念的，而應(yīng)關(guān)乎對深信不疑的信念的懷疑。

太陽是一個自然事物的說法，震驚了阿那克薩戈拉的同胞們，以至于他因異端言論被捕并被永遠驅(qū)逐出家鄉(xiāng)雅典。兩千多年后，直到 17世紀，另一位試圖將太陽解釋為自然現(xiàn)象的思想家伽利略，也被指控為異端。

但就在阿那克薩戈拉之后的幾百年，另一位希臘哲學家埃拉托色尼使用完全相同的數(shù)據(jù)進行了一個略有不同的計算。你或許聽過這個版本的故事。埃拉托色尼假設(shè)地球是球形的，并猜測太陽離地球如此之遠，以至于太陽發(fā)出的光線是沿著平行線到達地球的。根據(jù)這一假設(shè)，在尼羅河三角洲測得的垂線外7度角與從地球中心測得的從三角洲到賽依尼的距離在地球表面所對應(yīng)的角度相同。這使得計算地球半徑成為可能。因為角度一樣，答案也是一樣的——4000英里。但它現(xiàn)在被解釋為地球的半徑，而不是太陽和地球的距離。因為埃拉托色尼是“正確的”，他的版本被記入教科書和通俗的故事中，而阿那克薩戈拉就被忽視了。但這件事的意義不在于誰對誰錯。好的理論有其基礎(chǔ)，并根據(jù)可靠的證據(jù)做出可被檢驗的預(yù)測。如果理論通過了這些測試，它將繼續(xù)被使用；如果它沒有通過這些測試，就將被拒絕。綜合起來，希臘哲學家的兩個理論（嚴格說來是假說，但我不會計較措辭）告訴我們，要么地球是平的，太陽距其約4000英里；要么地球是一個半徑約 4000英里的球，太陽處在一個遙遠但未知的距離。后來的觀察和測量，才使我們有可能決定哪一個更能描述真實的世界。

這個故事還有令人警惕的方面。即使一個激進而富于遠見的思想家，在尋求真理的過程中敢于直面當時的權(quán)威，也無法擺脫地球是平的這一先入之見。但阿那克薩戈拉卻從未考慮過其他選擇?？茖W史上充滿了類似令人遺憾的觀點，它們雖建構(gòu)于無可挑剔的邏輯并且完全準確，但卻是基于對某些被事實證明完全不真實的東西的未經(jīng)反思的信念?？茖W不應(yīng)是關(guān)于信念的，而應(yīng)關(guān)乎對深信不疑的信念的懷疑。但這并不是說，這總能讓生活歸于平靜，正如喬爾丹諾·布魯諾付出沉痛代價所發(fā)現(xiàn)的那樣。請注意，布魯諾似乎是特意和自己的生活過不去，而不僅僅是為了追求科學。

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自 1995年以來，人們發(fā)現(xiàn)了更多的“太陽系外”的行星系統(tǒng)，其中有許多藏匿著熱木星，而且現(xiàn)在已知它們有多個，以各種各樣的形態(tài)圍繞著中心恒星運轉(zhuǎn)?！靶隆毙行堑陌l(fā)現(xiàn)不再是新聞，更不用說頭條新聞了，除非這是新聞媒體喜歡稱之為“類地球”的行星。但要提防這類頭條新聞。他們的意思無非是，這顆行星可能是巖石質(zhì)的，質(zhì)量是地球的幾倍而已；它和地球一般大小，卻不是像地球一樣。為了澄清兩者之間的區(qū)別，我們只需看看我們在太陽系中最近的鄰居金星，它的軌道比我們更接近太陽。金星的大小和地球幾乎完全一樣。它是多巖石的，總體上是一個更好的行星，比媒體上鼓吹的任何一顆太陽系外行星都更像地球。金星與地球有相似的大小、質(zhì)量、密度和表面重力，但是它表面的溫度是462 ℃，熱到足以熔化鉛。這種溫度并不是因為金星比我們更靠近太陽，而是由于它厚厚的二氧化碳大氣層產(chǎn)生了強烈的溫室效應(yīng)。金星表面的大氣壓是地球表面氣壓的92倍，相當于我們海洋表面下一公里處的壓強。

這使我們回到布魯諾和他的啟示：有許多行星上居住著許多生命形式，包括人類在內(nèi)。這樣的行星有很多。每一顆類似太陽的恒星，甚至每一顆恒星，都可能有一個行星家族。所以，我們不必太過悲觀。我們的家鄉(xiāng)星系“銀河系”，像宇宙中的一座島嶼，其中有數(shù)千億恒星。即使宇宙之中只有一小部分星系擁有像我們太陽系這樣的行星系統(tǒng)，即使其中只有一小部分系統(tǒng)中至少有一顆行星比金星更像地球，在我們考慮更多奇異的可能性之前，像我們這樣的生命形式就可能有數(shù)百萬個潛在的家園。1000億的1%畢竟是10億，10億的 1%是 1000萬。行星，甚至像地球這樣的行星，在宇宙中是很常見的。也許我們并不孤單，生命的家園或許只是平常事。但是生命本身呢？我們是怎么來的？答案取決于關(guān)于宇宙運行方式的七個驚人的發(fā)現(xiàn) ——七大科學支柱支撐了我們的存在，以及宇宙中其他生命的可能存在。

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這樣的星系中恒星的數(shù)量，計算出了這種事件的普遍性。天文學家們通過觀察大致指出了引力波來自的方向，并在其被探測到的幾個小時內(nèi)就把望遠鏡對準了那個方向。他們在距我們大約1.3億光年遠的星系NGC4993中發(fā)現(xiàn)了一個短暫的明亮天體。那是一顆千新星。光譜學表明，千新星確實產(chǎn)生了很多重元素，比如鈾、黃金和鉑金，其中包括200倍于地球質(zhì)量的黃金和500倍于地球質(zhì)量的鉑金。當這些在此次爆炸中產(chǎn)生的元素數(shù)量被乘以計算出的中子星合并的頻率時，結(jié)果顯示，這樣的爆炸確實可以產(chǎn)生那些“丟失”了的諸重粒子的一半。除此之外，這還意味著，如果你有一個結(jié)婚戒指或其他一些由金或鉑金制成的物品，你蠻可以確定這個物體中的許多原子都是在兩顆中子星碰撞時產(chǎn)生的。這些原子在巨大的爆炸中被擴散到太空中，產(chǎn)生了形成太陽和地球的塵埃云。

由此我們知道，這些元素是如何在恒星中形成的，知道這些元素在太空中被結(jié)合成復(fù)雜的有機分子，也知道了這些復(fù)雜的分子在地球形成后不久就被輕輕地帶到了地球表面，并在那里成為生命的關(guān)鍵成分。但是這些成分是如何協(xié)同工作來制造像我們?nèi)祟愡@樣的存在的呢？答案涉及另一個令人驚訝的科學支柱。

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這一切發(fā)生在生命從海洋移到陸地之前，也就是說，在雪球中幸存下來的物種一定分布在罕見的溫暖地域（可能與火山區(qū)有著關(guān)聯(lián)，那里的坑洞中有液態(tài)水）——這讓人想起達爾文那溫暖的小池塘。這些幸存者包括細菌和較大的單細胞生物，如藻類。在這一切發(fā)生的前后，最早的多細胞生物（還有像海綿一樣的生物）就進化了出來。這正是你對一個與世隔絕、溫暖的小池塘所能期待的那種發(fā)展。在那里，新的“想法”可以有一個開始，而不會冒著被競爭對手吃掉的風險。但就在解凍之后，事情開始變得非常有趣了。

大約在5.7億年前，多細胞生命劇烈增殖，以至于這一點被廣泛地視作地質(zhì)時代新紀元——寒武紀——開始的標志。這常常被稱為“寒武紀大爆發(fā)”。多細胞生物由于其進化優(yōu)勢而擴張，海洋中種類繁多的復(fù)雜生物在這個時期也得以進化。地質(zhì)學家把寒武紀之前的一切都歸為前寒武紀——大約35億年的地球歷史，在此時期，生命僅由單細胞生物作為代表。寒武紀爆發(fā)以來的數(shù)億年，幾乎包含了對多細胞生物來說至關(guān)重要的一切。生命從海洋移到陸地上，地球產(chǎn)生了恐龍、橡樹、蘭花和我們?nèi)祟惖榷喾N多樣的生物。這一切都是從最近的雪球地球解凍融化之后開始的。

自所有這一切之中，可以帶出兩個信息。首先，從人類的角度來看，氫鍵是科學最重要的支柱。它關(guān)涉生命之所以可能的分子（確切而言是生命之水）。第二個信息是，生命會受到諸如雪球地質(zhì)時期等的巨大影響。如果沒有7億到6億年前的雪球事件和隨后的寒武紀大爆發(fā)，我們就不會在這里。而且，在解釋像我們這樣的生命形式如何在地球這樣的星球上出現(xiàn)時，這并不是人們遇到的唯一瓶頸。

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這確實是過去 2500萬年中最大的一次噴發(fā)，可我們確實活了下來，對此你可能會感到如釋重負。但在不久的將來不會有另一場噴發(fā)了嗎？再想想吧。美國黃石公園下面的整個地區(qū)現(xiàn)在都被認為是一座等待著噴發(fā)的超級火山。它的爆發(fā)是早晚的事，我們只能希望它遲點再來。

凡此種種所傳達的信息是明確無誤的。地球遭受著反復(fù)的災(zāi)難，有些來自內(nèi)部，有些來自外部——我甚至沒有提到像“普通”冰河時代這樣的事件。在我們的星球上，在兩次災(zāi)難之間的一段時間里，一個技術(shù)文明出現(xiàn)了，但只是初現(xiàn)端倪。也有一些證據(jù)表明，我們的星球在這方面特別受到眷顧。在合適的時間出現(xiàn)在銀河系的合適區(qū)位的太陽系，形成了像地球這樣的行星。但在我們的太陽系中，行星的異常排列，特別是木星的有利影響，使得災(zāi)難之間的間隔時間變得異常地長。所有這一切是否意味著，生命之事在宇宙間縱然稀松平常，但像我們這般智慧的生命畢竟罕見。難道布魯諾也錯了嗎？這得交由你自己回答，但我個人的結(jié)論是，我們可能是孤獨的。