高中历史选修课另眼看世界之探索宇宙起源之谜解说稿(教师版) (1)

探索宇宙起源之谜（解说稿）：我们是坐在一次有控制、有目的爆炸内的乘客，就像那些微生物一样，坐在一块正在爆炸的手榴弹的弹片上。

宇宙中的所有物质和能量，即使是时空，都形成于一瞬间。

但那绝不是一次毫无秩序的爆炸，最初，似乎还相当有节奏，相当协调，似乎已经设计好了，对我们和我们的星球都有利。

现在我们对太空、地球以及影响他们的力量的了解，要比我们所有的先辈都多得多。

随着新的发现不断涌现，我们的幻想也在不断的增长。

天文学家休.罗斯将带领我们畅游宇宙，我们将在时空之间穿梭，感受我们周围奇妙的力量和复杂精妙的构造，而且我们会对宇宙的发展，和我们在宇宙中的作用，以及这方面的理论研究，有一个清晰的了解。

这就是我们本片的目的。

从我小的时候，我就想更多的了解星星和宇宙，更进一步的了解它们，解开它们的秘密，奇怪的是星光和银河的光可以帮助我们解开宇宙的奥秘。

这是开可望远镜，是世界上最大的光学望远镜。

这两个望远镜一起的观测范围是帕洛玛摄电望远镜的八倍，是哈勃天文望远镜的三十多倍。

开可望远镜有36个独立运作的小镜子，计算机能够控制这些小镜子同步工作，从而形成了一个巨大的口径为四百英寸的望远镜，这种望远镜能精确探测到分子的程度。

利用这种光感设备和无线电波收集设备，我们可以探测到宇宙的边界，几十亿光年之外的宇宙，但是当我们穿透太空的同时，我们也在追溯时间，这就是天文学在所有学科中为何如此独特，因为研究宇宙也就是在观察过去。

实际上天文学家总是观测过去，光波、无线电波和其它各种电磁波好像同时射向我们，然而实际并非如此。

会有这种假象是因为它们传播的速度太快了。

光传播的速度是每秒18万6千英里，一秒钟可以绕地球七圈半。

当我们看着9千3百万之外的太阳时，其实我们看到的是太阳光8分钟前离开太阳时太阳的样子。

同样我们看月亮时，我们所看到的也是两秒钟之前的样子。

我们仰望星空时，看到的也是它们几千几百万甚至是几十亿年前的样子，距离越远的天体，它的光穿越太空需要的时间就越长。

光传播一年大约要走6万亿英里，我们称之为一光年。

光年的概念是表示远距离的一个很方便的单位。

天文学家测量的最远的星系大约在130亿光年之外，也就是说那些星系发出的光要花费130亿光年才能够到达地球，当我们看着这些星系时，我们看到的是它130亿年前的样子，宇宙中黎明回转的距离是有限的，但也是遥远的，那么让我们用一种可操纵或者说是可想象的距离标准来衡量一下吧，让我们把这个距离和西雅图的太空针塔和纽约市的帝国大厦之间的距离来做个对比，大约是2500英里。

太空针塔代表的是我们现在在时间上的位置，而帝国大厦代表的是时间的起点。

我们穿越时空检验从这个路标到另外一个路标，穿越国家的疆图上走过的进程。

时间机器就是一个望远镜，我们将回到过去，直接回到万物起源的那一刻，大概是140亿年之前。

当我们穿越时间机器回到过去，我们要探索沿路的风光，探索这个问题的答案，地球是一个普通的星球，或许是许多甚至是几千生命载体之一，或者它是一个只适合人类的独特的星球。

现在让我们准备开始我们的时间之旅吧。

先看看我们在太空中最近的邻居，它的光两秒钟就能到达地球，这就是月球。

月球长期以来都令天文学家相当迷惑，它和地球的关系如此密切，以至于地球和月球经常被划分为一个双星体系。

但是通过对重力的研究表明，在距离太阳如此之近的情况下，单一的大气和层云是不能形成这样的双星行星的。

那么月球一定是后来经过某些不同寻常的过程形成的，对月球的探索使我们确认，月球上的岩石和地球上的岩石在化学构成上是不同的。

通过对月球岩石辐射性衰变的研究，研究者发现月球实际上要比地球晚一亿年。

二十世纪九十年代，曾经有一套解释月球存在的理论，在科学界获得了一致认同。

根据这套理论，大约四十五亿年前左右，一个类似火星大小的星体坠毁形成了地球。

它坠毁的速度很快，每小时超过了二十万英里。

这个星体的大部分物质被地球吸收，但是这次碰撞，也在地球周围形成了一圈厚厚的星云和岩石碎片，同时重力把这些岩石碎片聚集成了一个实体——月球。

与此同时，地球失去了完整的大气层，从地壳中释放的气体形成了一层新的、很薄的大气层。

这样一场碰撞看起来似乎是一场灾难，但据考证恰好相反，这一碰撞使地球发生了一些变化。

而且是最终使这个星球适合生命的生存。

这种有利于人类的碰撞发生的几率是令人惊异的，一个星球与地球的相撞，需要有合适的体积，以合适的速度运转，在合适的角度发生碰撞，有合适的物质构成，而且还要在地球发展到合适的阶段发生。

如果这些因素中的任何一个有百分之几的偏差，地球今天就会是荒芜贫瘠的。

如果这种碰撞没有发生，那么地球的大气层就会比现在沉重得多，甚至比我们的邻居金星的还要重。

金星充满二氧化碳的大气层会立即杀死所有的生命。

地球在碰撞中额外获得的陆地，以及大气层的变化使地球上的水能够以三种状态存在。

其中一种就是冰，液态水和水蒸气，而且水量巨大，足以能够形成一个水循环。

而且我们知道，水的循环是生命能够生存和存在的基本条件。

除了月球和偶尔出现的小行星之外，地球最近的邻居，就是它和太阳之间的水星和金星，以及它们外围的火星。

我们最近的邻居金星就像水星一样离太阳非常近，太阳的重力在它的运转中起着一个刹车的作用。

金星旋转一周，按照地球的日算起来大约需要二百四十四天。

现在我们的星球旋转速度要比刚出现时慢多了，大约是那时速度的四分之一。

科学家们相信，地球旋转速度发生一点基本的变化，都会影响地球上的生命。

水星和月球一样只有一层薄薄的大气层。

因此，由于实际上没有发生过任何侵蚀现象，水星古老的特征还依然保存着，那就是，那些远古时被小行星和彗星碰撞留下的疤痕。

流星划过水星留下的地貌，为我们证实了，这个星球内部的早期历史中，曾经有一段时间，遭到流星和彗星的强烈撞击。

这次沉重的撞击，不止发生在水星上面，而且也发生在金星、火星和月球上。

同样，原始时期的地球，也未能幸免于这次碰撞，因为地球的体积是如此的庞大。

这次强烈的碰撞，是由于炽热的情况导致。

热得足以蒸发地球上的海洋，足以融化地壳。

很显然，那时候是不可能有生命存在的。

几十年来科学家已经形成了一套理论，他们认为地球上的生命是许多无生命的、名为原始汤的分子自然生成的，那个过程大概需要几十亿年。

但是现在的研究表明，生命诞生的很快，是在最后一次碰撞后几百万年内出现的。

除此之外，并没有任何证据表明原始汤曾经存在过。

如果说有的话，我们应该能在远古时期形成的一些碳化合物，如油源和石墨中，有一些残留的原始汤。

据证明，地球上的所有碳物质都由后缘物质形成，那个时候，生命已经诞生了。

时间短的不足，以及一直没有发现前缘物质，一些科学家把解决生命起源的答案投向了太空。

他们向上看，不是说在寻找某些超自然的原因，而是在寻找其他把生命的种子散播到地球上的来源，生命有们太阳系大小差不多，能够以强烈的光，照亮整个星系，普通的星系在它们的形成阶段燃烧很微弱，只有想哈勃或者开克这样功率的天文望远镜，才能成功的采集到它们的影像。

现在这里看到的星系太遥远了，我们的天文望远镜采集的光线是该星系大约50亿年前发出的。

这些星系离地球100亿光年，这样我们就能看到现在的宇宙在它发展进程的三分之一时样子。

深吸一口气，想象一下十五岁的你，第一次看到自己的婴儿照时是什么感觉，这是哈勃望远镜带回的比其他光学望远镜探测的还久远的宇宙图像。

我们现在看到的是宇宙诞生后，五亿年时的宇宙，还没有星系，只有各个正在形成的星系区，以及巨大的星云形成过程中需要的微小浓缩气体。

如果我们想靠近宇宙诞生的那一刻，那么我们需要把我们的时间机器加足马力，我们需要一套新的传输模式，带我们返回帝国大厦。

我们新的工具会使无线电，远红外体天文望远镜。

借助于它，我们可以回到星系存在之前。

如果我们的眼睛能够看到无线电波或者远红外射线，看到更遥远的星系就能更容易一些。

但是我们的眼睛只能看到可视光波谱中的电磁射线。

光谱中的无线电波可以让我们看到更遥远的过去。

这幅宇宙辐射背景图，记录了宇宙诞生的辐射情况。

而我们实际上看到的是距离宇宙诞生三十八万年时的情况。

从太空侦察到帝国大厦的整个旅程，还有不到250英尺，我们就到达目的地了。

我们不能再回到更遥远的过去了，因为宇宙诞生38万年以后，光首次和黑暗分离。

在那之前的景象，只会是一片没有任何特征的发光。

除了一片光我们什么也不能看到，因为宇宙诞生后的前38万年，整个宇宙太热了，没有任何的原子存在，电子不能围绕着核子运转，因为宇宙充斥着电离子。

看起来只是一片混乱的光，除此之外，什么也没有。

要想得到更早的图像，我们需要使用完全不同的工具，和完全不同的设备。

粒子加速器、超星计算机、重力波探测器，而不是天文望远镜。

通过这些机器，我们能够把宇宙早期的物理条件加倍的显示。

对宇宙的研究可以比作是烟花录像的回放。

当我们越来越近的研究和观察宇宙的最初存在时期，我们的带子就越快的到回宇宙诞生的那一刻。

我们越接近宇宙诞生，我们观察到的宇宙就变得越来越热。

显然这次追溯重演中，宇宙是那么热，质子和中子都不能聚合在一起，所有的原子核处于分离的状态。

这时我们离宇宙的诞生大概还有三分钟的时间，距离帝国大厦只有千万分之一英寸，离它只是毫厘的距离。

让我们继续向前，我们探寻更早期的宇宙，我们遇到一片炫目的闪光，这时离宇宙诞生只有一毫秒，这是宇宙中反物质的突然毁灭产生的闪光。

这样十亿零一个粒子对十亿个反粒子的微妙平衡确保了后来宇宙中物质的存在。

这也才能保证生命存在的可能。

追溯到宇宙诞生后几十微秒时，质子，中子，反质子，反中子，分解成更基本的粒子——夸克粒子，再到一秒的一亿分之一的时候，也就是宇宙诞生的10的负35次方秒的时候，宇宙温度太高，密度太浓，以至于连夸克粒子都不能存在。

在10的负35次方秒的时候，宇宙一片漆黑，而且比一个原子还小，在这接近宇宙诞生的一刻，我们看到的是四维空间在长、宽、高、时间四原的收缩。

那也就是说：当时间只缩为一个班，这时离宇宙诞生只有一秒的10的负43次方，在这一刻前，所有的四维空间元开始扩展，在这一刻之后只有四维空间元继续扩展，那么其他六个空间元，发生了什么状况了呢？它们在长宽高、时间四元周围紧紧地卷了起来，小的只有十的负33次方英寸。

其他的六个空间元任然存在，只是不能舒展罢了。

让我们姑且大胆一些，把胶卷继续往回倒，宇宙继续收缩，空间石原变的越来越小，在宇宙诞生的那一刻，也就是人们所说的宇宙大爆炸时，所有的空间石原变得无穷无穷小，而且突然地消失了，就是从这无线小的一刻开始，整个宇宙迸发开来，行星，星系，恒星形成，物质能量和太空能量密度之间关系的确定，甚至物理本生的法则也形成了。

所有这一切必须从宇宙诞生中和谐稳妥的安排好，这样生命才可能在宇宙历史的那么一刻诞生在我们这个小小的蓝色星球上。

如果我们相信地球是特殊的，有些人可能会辩解说那我们不就有反古的危险吗？我们不就回到了希腊数学家托勒密及他的观点：地球是整个宇宙的物理中心那个时侯了吗。