书城自然海:另一个未知的宇宙
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第3章 雨季

进化女神必然心满意足,否则她不会沉睡了漫漫30亿年。

或许进化女神对自己的成就已深感骄傲,觉得无须再上一层楼了。当然,大分子的细胞膜的确是一大发明,颇能令人浮想联翩。然而漫漫35亿年中,她为何只创造出了单细胞生物?为什么没有任何更复杂的生命形式,没有腿,没有牙齿、眼睛,哪怕是一些勉勉强强分出了上下身的爬行生物?为什么进化女神停滞了这么久才继续冲劲十足地着手生命的实验,创造出愈来愈复杂的有机体?

似乎她此刻才意识到自己已误了工期。

上帝抱怨道:“请你看一下订单,我的订单上已写明,寒武纪初期就应该有霸王龙。什么?你只造出了贝壳和蜗牛?还不赶快干活去!”

生命史中并不存在什么进化订单。

或许我们可以换一种方式来提这个问题。为什么进化女神创造的生命日趋复杂?其实大自然的发展并没有呈现出明显的“进步”趋势,虽然我们一厢情愿地以偏概全。当然,人比单细胞动物聪明,然而人类也更为脆弱。复杂性令我们虚弱,只要气温稍有变化或股市稍稍低迷一些,我们就会不堪重负。然而细菌却不畏严寒酷热,能经受火山爆发、彗星撞地球式的大灾难,无论是在滚烫的深海温泉还是南极的冰天雪地,无论是在岩石中还是在你的面包里,细菌都能随遇而安。总之,细菌比人类活得更潇洒。其实它们才是完美的终极进化产品,然而出于某种原因,进化还是选择了继续向前走,一直走到细胞生命开始写作、阅读为止。

要弄懂这个问题,我们先得了解进化女神的本来面目——进化是无数偶然事件的牺牲品,她从未想过要去创造生着蟹螯、长着柄眼或打着阿玛尼领带的生物。当然,让细胞批量生产是一项伟大的壮举,这一点毋庸置疑。但话说回来,进化女神从过去到现在所做的一切,无一不是既有条件带来的后果。而这些条件又完全听任地球的指挥——地球就像喜怒无常的女明星,时而六亲不认,时而温柔可亲。有时她还要求人们在遵从其绝对权威的前提下持续改造自然环境。

面对各种气候、地质乃至宇宙条件的影响,进化不得不经常有所行动。因此,想到进化女神在长达30亿年的时光中一直成功地制造着单细胞生物,人们不能不惊叹莫名。因为以一切可能的方式打击萌芽中的生命,一直是年轻地球的一大嗜好。而且,细胞并非从一开始就是细胞,其中还涉及时间速度以及因果循环等问题,尤其……

就此打住!

一无所有——137亿年前宇宙大爆炸

我们还是先往回走,走到最前端,走到大爆炸之前。你看见什么了吗?没错,一无所有。之所以一无所有,是因为那时还没有宇宙,但是这种虚无恰恰导致了自身的覆灭。人类在丈量自己时,不仅要考虑长、宽、高等数据,还应考虑到自己的“使用期”,就像商品一样。但是大爆炸之前并不存在时间,换言之,时间还没溜进宇宙。没有时间,就没有时间中的过客。

然而大概在137亿年前,一件不可思议的事情突然发生了:一无所有的虚空中骤然诞生了时间和空间,两者开始迅速延展。面对这一事件,就连史蒂芬·霍金也语焉不详。接下来,无数事件以惊人的速度相继发生,即使只是探讨年轻宇宙生命的头三秒,人们就得穷尽书海。然而如果你认为那只是一段事件“繁多”的时期,那就得小心了。我们完全有理由相信,那时的时间速度比今天要高出很多倍。想象一部以快动作镜头拍成的电影——电影中的动作与正常时间中的动作一模一样,只是一切都快了三倍。这种快节奏的播放速度类似一种时间的高速度,而电影中的角色却完全不会因此手忙脚乱。在他们眼中,一切并无异样。而且,即使他们知道自己只是电影里的角色,并看见了观众所在的世界,他们仍会认为他们要比我们所在的世界快三倍。

时间是一种相对概念,它受各种各样的因素影响。重力会令时间摧折、紧缩、弯曲或倒流。今天,时间在宇宙的不同区域以不同的速度流淌。各个宇宙时区的人均会认为自己体验的时间才是绝对的时间,但只有一个独立于时间之外的观察者才会发现其中的巨大区别。

因此,一个过程的快慢,或一段时期的长短其实只是观察者的一家之言——换言之,只是一个时间测量者的一家之言。然而直到今天,“独立于时间之外的观察者”依然只是高等数学的假设物,因此我们只能满足于自己的片面性,将30亿年视为一段漫长无比的时期。既然那时根本没有人来确立时间的标准,因此“快”“慢”之类的概念完全可有可无。长短并无意义,3秒和30亿年之间并无区别。时间长短的计量其实并不依赖于时间单位,而是取决于事件的丰富程度。这点我们均有亲身体会。在无聊至极的场合——譬如岳父在婚礼上致辞时,或政客对尖锐问题作答时——十分钟漫长得如同行走在荒芜的沙漠中,然而情意绵绵的夜晚却如流星般稍纵即逝。这样看来,30亿年的单细胞生命或许只是一瞬间,而开天辟地的三秒却是一种永恒。因此,人们不能因为地球历史中的主要角色是细菌,就指责进化女神玩忽职守。这种看法实在有失偏颇。

再回到大爆炸的话题上。时空继续扩展充盈,而宇宙则渐渐冷却。其实冷却也是一个相对概念。5000℃或许已酷热无比,电子在这样的高温中疯狂飞转,然而即便这样的速度也无法逃脱质子的吸引力。因此,一个电子总是围绕着一个质子运转,这样就产生了氢原子。

大爆炸之前,宇宙无限稠密而且均匀。而在此之后,物质间产生了缝隙,光能借着物质传播。而且,由于光子①能够穿越固体微粒,因此它们无须冲撞或撕扯物质。这样一来,物质终于获得了稳定的结构。氢构成了星云,星云愈积愈大,愈积愈沉,最后终于不堪重负而塌陷收缩。群星产生了,它们像高压锅一样,蓄积着巨大的压力,以致内部的氢都融合成氦。三个这样的氦原子核在一起便生成碳,碳原子核继续融合氦,就会变成氧。正是在这样的过程中,今日宇宙的基本元素一一形成,世界开始熠熠生辉。

随着宇宙的冷却,愈来愈多的空间变成了荒芜的沙漠。恒星之间充满着虚空,飘荡着无数自由的微粒。星体散发的强烈紫外线阻止了一切可能的邂逅。然而气态星云中的情况却恰恰相反。那里的物质密度如此之大,无论是紫外线还是任何其他光线都无法渗入。因此星云总是漆黑一团,而且寒冷无比——-240℃。这样的寒冷恰好能够形成分子,而这样的密度更适合产生星体。

无数新星体相继诞生。许多恒星走到了生命的尽头,由于自身的重力而不断向内塌陷收缩,直至达到最高密度。其后果只有一个——一场华丽的爆炸。这场爆炸将炽热的恒星气体甩向宇宙太空,甩向宇宙诞生时产生的氢分子云,而氢云十分乐意接纳死去的恒星留下的沉重玩意儿②。于是,在十亿个未成熟的银河星系中,氢与氧初次邂逅,两种元素不断融合,直到在冰冷尘粒的表面形成一种全新的分子——水。

点燃新火炉——太阳系形成

90亿年的时光匆匆流逝。星辰诞生,星系形成,像宇宙之轮一样生生不息。幼年时期的宇宙环境并不理想,星星们吵嚷不休。我们的星系(银河系)也是好争夺地盘的侵略者之一,它与邻居们冲突不断,野心勃勃而且态度恶劣,无数次冲撞后最终创造出了一团物质丰裕的黑色云状物,或许一颗相邻恒星的爆炸也帮了一下忙。无论如何,云状物不断萎缩,终于在内部点燃了一个新的火炉——太阳。那些没有熔化的物质,尤其是灰尘构成的气体,开始围绕新的大火炉旋转移动。正是这种旋转的离心力使得这一气体和物质的混合体没有被其他年轻的星体吞噬。反之,这个灰尘云团却不断向外扩张,并形成了一个由岩石和冰粒组成的巨大平滑的圆盘——原始行星盘。

水也在不断旋转的太阳之雾中漂移并凝固成冰。太阳中轴附近的温度高达1200℃,因此水在此处很难停留。只有岩石内部的水才能保存下来,岩石外部的水都会化为蒸汽。围绕太阳形成的内环由岩石构成,这些岩石一块又一块地缓缓结合,从很小的尘粒开始,互相冲撞,然后永不分离。漩涡状的尘雾中雷电交加。物质不断地结合成愈来愈大的团块,形成无数小行星般大小的岩石,而每一块岩石都在靠近其他岩石。

如果有人打算谱写一首具有终极意义的爱之歌,他或许应该考虑将其献给重力。重力才是最独一无二的吸引力!我们的太阳诞生约100万年之后,原始行星盘附近的尘粒中诞生了30颗小行星,它们是太阳的宠儿,围绕着太阳运转,在狭窄的空间中竞争。某些时候,它们会狭路相逢——有些行星会离开自己的轨道,沿椭圆形轨迹向对方靠近,最终以每小时几万公里的速度相撞。只有大行星能承受撞击的压力,吞噬小行星。

一亿年的时间就这样流逝了,太阳的内环上终于诞生了四个阶段性赢家。这四颗行星你争我夺,力图夺得唯一一份光辉的未来,其中的三颗心满意足地占据了不太有利的地盘,有两颗行星尤其靠近太阳,第四颗稍远,然而最终的赢家只有一个——第三颗行星,我们的地球。

早期的地球是炙热的地狱!它经常接待一些小小的“不速之客”,在外来星体不断撞击的过程中,这颗行星渐渐成长。它吸收了外来星体内部的液化水蒸气,将其像大衣般披挂在自己外部。婴儿阶段的地球质量只有今天的三分之一,幸而有那些飞来飞去的宇宙物质不断使它壮大。地球面临的挑战者日益增多,质量愈来愈大,水愈来愈多。就在这时,一颗巨大的星体忽然朝地球迎面扑来,大得令地球无法将它一脚踢开。③

忒伊亚④是一颗与火星大小相近的小行星,偶然间撞上了地球,其撞击造成的残骸飞向了宇宙。24小时之内,地球周围竟形成了一圈碎石环。后来,大部分碎片仍然回归年轻的地球,与其融为一体,为这个新世界添砖加瓦。另外一些碎片在重力的作用下聚集成团,构成了地球的盟友——月球。如此,地球才通过宇宙动乱的考验,获得了属于自己的卫星。

原本的世界末日竟变成了新的起点。

与忒伊亚相撞后,我们的行星变得更稳定、更巨大也更有力。当然时间又经过了5亿年,直到当时的大火球——今天令我们安居乐业的地球——获得了一层较为稳定的外壳。由于来自外界的撞击从不间断,有机分子很难结合,但是地球却也因此获得了自己的内部结构。各种不同重量的元素随着岩石和流星降临到地球表面,沉重的铁元素由于引力聚集在地核中,而较轻的物质则围绕地核形成了不同的地层。

无数气体争先恐后地从炙热的熔岩流中逃逸出来——二氧化碳、氮气、氨气、甲烷,当然最主要的还是水蒸气。整个太阳系的外层笼罩着一层由物质块、颗粒物、碎片构成的球状云雾,水正是由此诞生的。太阳内环的变动尚未平息,远离阳光的地方又出现了新的行星。它们形成时留下的大量残骸由等量岩石和冰块构成,这就是彗星。

彗星冲向地球,弥补了地球在“忒伊亚大冲撞”中失去的水分。

蒸气层再次变得稠密,直到牢牢地覆盖了地球。随着蒸气层密度增加,接二连三的爆炸所产生的热量更难离开地球。行星变成了一个蒸笼,其表面开始熔化,耀眼的红色岩浆淹没了一切。地球表面温度高达1260℃,气压相当于100个大气层所产生的压力。行星表面覆盖着两片大洋,其中一片由水蒸气构成,底下则是会渐渐吸收上方蒸气的岩浆海。此时若有新的岩块撞击地球,蒸气层也不会变厚,因为熔岩会立刻吞噬刚产生的蒸气。

后来,这些“太空导弹”愈来愈少。

天气预报——300℃的倾盆大雨

地球刚诞生时曾有一层薄薄的大气,然而当时的地球又小又轻,引力还不足以使大气层与不断干扰地球的太阳风暴抗衡。年轻的大气层很不稳定,在产生月球的那次大冲撞中,大气层被甩入了太空。而现在的形势则好多了,地球已拥有足够的重量,能够防止新生的炙热蒸气层遁入太空。由于流星雨减少,地球渐渐拥有了一个固定的表层,气候也渐渐凉爽,也因此产生了一种陌生的新现象——下雨。

倾盆大雨!

然而,称之为雨或许并不恰当。

没有任何一家电视台敢播放这样的天气预报:大雨温度超过300℃。在100个大气压以及如此高温下,水才能凝结成雨。大雨持续下着,这一终极恶劣气候持续了几千年。大气层中的所有水分都落到了地球表面,1.5亿兆吨的雨水轰轰烈烈地倾泻下来。第一次大降雨之后,地球冷却了,云层产生,新的雨水又降下来。然后又有了云,又有了雨。云,雨。日复一日,年复一年,几百万年就这样过去了。

水是一种罕见的分子聚合物,其内部一片混乱,仿佛罗宾·威廉斯演唱会的前几百排歌迷。水的诞生多亏了当时缺少两个电子的氧。由此氧进入原始云层后,得找到两颗氢原子,从而变成一个两极分子,一端呈阴性,另一端呈阳性。这便是水分子,其质子对和电子对喜欢吸引其他水分子中和自己不同的另一面,并互架桥梁。这种氢键桥很微弱,远不如分子中原子之间的吸引力,单是高温便能击溃这种桥梁。然而在适当的条件下,水分子之间能够发生一触即断的短暂结合,每一秒钟的结合次数高达几十亿,这是一场无穷无尽的分子乱舞,一片混乱,却连绵不断,结果便形成了流动的水。

当时还没有可观的山脉,地球就像月球一样,浑身布满火山口,整个行星的地表渐渐沉入水下,只有最高的火山顶才能露出水面。此外,降雨还将大气层中的二氧化碳冲了出来,二氧化碳便与凝固的岩浆发生了反应,释放出岩浆内部的矿物质。这样,海水中才有了盐——我父亲曾哄骗我说,海水之所以咸是因为曾有一个水手把抹了盐的早餐蛋掉入了大海。我当时并未接受这一说法,然而一个六岁的孩子也无法用更好的理论来反驳他。

一片原始海洋出现了,这片海中没有任何生命。

没有人能在那样的海洋中游泳。海水的温度极高,平均深度达3.5公里,当然与地球约6500公里的半径相比,这点深度实在不值一提。海洋的水来自太阳内环的天体和从寒冷的远方飞来的彗星。两种水拥有不同的年龄和来源。某些水分子产生于太阳系诞生之前,某些产生于恒星之间。在降临地球之前,这些被冻结成冰块的水分子一直在太阳系的外侧游荡。然而无论来自何处,它们现在已融为一体。

水不停地浇灌着地球。

火山的侧面渐渐被侵蚀。雨水将玄武岩冲入了由众多炎热岛屿环抱和蓄积的水中,海底的沉积物不断加厚。沉积物质日渐增多,重量高达几百万吨,终于,海底下薄薄的地层崩塌、熔化了。一些熔岩流回到地层上方,和不断增厚的沉积物层融为一体,并与其发生反应,变成了一种即将完全改变世界面目的物质——花岗岩。

花岗岩比玄武岩轻,质地却极为坚硬。新的岩块中不断产生大块花岗岩,某些岩石竟与瑞士国土面积大小相当,某些则只有孩子们的操场大小。刚开始时,这些岩石都埋在水下,后来,浮力原理让它们浮出了水面,因为它们比海床物质的密度更小。因此,40亿年之前,第一批岛屿终于冉冉升出海面,这些岛屿不再是火山爆发的产物。

随着岛屿的浮现,原始海洋的时代结束了。

新一轮循环开始了,旧的土地腐化,新的土地诞生,这一过程持续了几百万年。几公里厚的沉积层压在玄武岩构成的海底上,更轻巧的花岗岩岛屿不断成长,开始与沉重的周遭环境抗衡。最后,岛屿周围的地壳终于裂开,陆地从海底升上来。这是一个不断重复的漫长过程,海面下薄薄的地壳不断破裂,新的熔岩流入了沉积层,而花岗岩质的土地不断扩张,直到它们彼此相遇。狭路相逢后,每一块陆地都不甘示弱,于是它们被缓缓流动的海洋地壳挤在一起,在赤道附近连成一片巨大陆地。这片广袤的陆地被称作超大陆,在之后的几百万年中,类似的超大陆不断涌现。然而这依然不是地球今日的面貌。

距离我们的时代25亿年前,超大陆基本上只包括今天的北美洲和澳大利亚,以及非洲和早期欧洲的一部分。世界史上的第一块大陆是一片空旷死寂的岩石沙漠,到处是耀眼的岩浆,很难称得上赏心悦目。

然而,海洋深处却在悄悄活动着。

分子开始舒展筋骨,互相试探,结成联盟。随着超大陆的第一个板块浮出水面——那是40亿年前的事情了——大自然又获得了一个新的帮手。这位帮手一直耐心等待着,等待最厉害的宇宙冲撞渐渐平息。

当然,荒寂的地球依然不时迎来一些大大小小的不速之客——小行星坠入海洋、撞击大陆,还有一些小型陨石,其中有些大小相当于马略卡岛和西西里岛。幸而地球已度过了最可怕的炼狱时代。新来的帮手环视地球一圈,干劲勃发。这一刻,她相信生命的创造已万事俱备,于是她开始着手工作。

这位帮手就是进化女神,她早已胸有成竹。

正如每一位优雅的淑女,她带着一个手提包。

注释

①光子(Photonen):物理学区分了有形的(有重量的)和虚拟的(无重量的)基本粒子。光子属于虚拟粒子,是电磁射线的基本组成部分。人们通常认为光子是量子光,即根据量子理论可测量的最小光量。

②指原子量较大的元素,包括氧、碳等元素。

③这里指的是月球形成的四种理论中的“撞击说”,另外三种为“分裂说”、“捕获说”和“同源说”。

④忒伊亚小行星(Theia):在研究月球形成的过程中,科学家所假设的一颗小行星。在距今45亿年前,忒伊亚撞击了地球,其撞击后的残骸在其周转轨道上聚合,进而形成今天的月球。