大历史，小世界:我们对宇宙了解多少？
一、什么是“大历史”？
讲从BIGBANG到现在的故事，叫“大历史”。其他说法还有《宇宙的历程》、《进化的史诗》或《宇宙的进化》。讲这样的故事，就像爬到山顶俯瞰下面的全景，或者跳到太空看整个地球。虽然看不到大部分细节，但可以看到全貌，这是山谷里看不到的。
从BIGBANG到这一刻，从古至今，伟大的历史无所不包。伟大历史的叙述者被称为“伟大的历史学家”。他们的知识和信息来自许多学术领域:从天文学和物理学(原子、恒星和星系)到化学(原子组合成元素)；说到行星的形成，我们需要地质知识(岩石及其形成)；说到生命的起源，我们需要生物学知识(生物体)；人类出现后，要掌握人文学科的知识——考古学、人类学、历史学、哲学、社会学、政治学。你会发现《大历史》以最大的尺度讲述历史，几乎涵盖了人类知识的所有学科。为了用这些知识去理解过去发生的故事，《大历史》融合了科学和人文。
70年代末80年代，全球很多大学教授开始讲述整部历史。他们之所以能做到这一点，是因为他们积累了基于实验和观察的经验和知识，并能加以应用。测量物体年龄的技术也有了显著的提高。到了1953年，科学家确定了地球的年龄是45亿年，也估算了宇宙的年龄，大约是10亿年到200亿年。到了20世纪70年代，大多数科学家已经接受了“板块构造论”——地壳的板块漂浮在地球内部的半熔融物质上。这一发现是了解地球历史的关键。
这些发现使得讲述整个故事成为可能。1989，澳大利亚悉尼麦考瑞大学历史学教授？克里斯蒂安邀请学校其他部门的专家来做一些讲座，开始向学生展示伟大历史的面貌。克里斯蒂安创造了“大历史”的概念，并写了一篇关于大历史进程的文章，发表在《世界历史杂志》上。大历史的概念开始在世界范围内传播，一些教授开始开设类似的课程。
二、什么是经验知识？
大历史是以经验知识为基础的，知识是通过形成概念或解释，然后加以证实而获得的。科学家通过实验和观察获得经验知识，历史学家通过验证既定事实获得经验知识。英语中的“经验性”一词来源于希腊语，意思是“经历、体验”。经验知识是通过“科学方法”不断发展的。而且经验知识是现代世界的主要知识形式，全世界的科学家都采用这种方法。它是基于严格和系统地使用仔细核实的证据，这开始于17世纪初。
当时显微镜和望远镜的发明拓宽了科学家的观察视野，跨洋航运也使全球贸易和探险成为可能。起初，科学家可能凭想象猜测。或者他们观察到了什么，然后提出一个想法来解释观察到的现象。这种想法是由想象、直觉和逻辑产生的，科学家称之为“假说”。接下来，他们设计实验或者寻找资料来验证这个想法是否能解释实验结果。如果没有，否认；如果可以的话，继续测试，或者寻找新的信息来进一步验证是否与想法一致，直到最后“假设”变成有大量证据支持的“理论”。科学理论是指解释和诠释大量事实(数据)的概念。
对于一些重大的想法，在积累了足够证据的基础上，普通人往往称之为“事实”，而科学家仍然称之为“理论”。比如“自然选择”的进化论就是一个例子。科学家是极其严谨的，他们知道有时候新的证据可以推翻主流观点。这是科学方法的一部分。
科学家也是人，即使很小心也会犯错，也会有偏差。这就是为什么应该使用科学方法。只有经过长时间的不断实验，才能得出不偏不倚的结论，才能被大多数人接受和认同。世界各地的科学家从许多不同的角度合作和共享数据，在人类思维的有限范围内对自然和宇宙的运行机制达成合理的共识。
举一个科学如何运作的例子。这个例子讲的是大陆漂移，也就是“大陆运动”的思想如何最终成为一个完美的板块构造理论。1915、德国气象学家阿尔弗雷德？魏格纳提出了“大陆漂移”假说。1925年，在一次地质会议上，那些人拿他的想法开玩笑，而他则静静地听着，抽着烟斗。魏格纳的证据是，南美洲的轮廓与西非的轮廓重合，大西洋两岸的两大洲也发现了类似的动植物化石。但是魏格纳无法解释是什么样的力量如此之大，以至于可以移动整个大陆。因为他无法解释运动的机制，而且他只是气象学家，不是地质学家，所以大多数地质学家都不接受他的假设。1930年，魏格纳在格陵兰监测天气时死于一场事故。
直到第二次世界大战，大陆漂移的进一步证据才出现。美国海军司令亨利？亨利·赫斯也是一位经验丰富的地质学家，他使用一种叫做声纳的新工具来收集海底的轮廓信息。声纳向水中发射声波，探测物体并测量它们之间的距离。他发现海底并不平坦，这让他很惊讶。20世纪50年代，进一步的研究证实，海底火山在大西洋和太平洋中间形成了高高的山脊。1962年，赫斯出版了一本书，描述了海洋盆地的起源，以及地壳如何在火山山脊两侧移动，新的物质从地心喷发出来。
在20世纪60年代，研究人员进一步发现了新的证据:越靠近海脊，海底越年轻，向海脊两侧延伸的时间越长。这个证据证明了海底地壳运动的假说。接下来，科学家可以整合所有的知识:不仅大陆在运动，海洋地壳的所有板块也在运动，带动附近的大陆地壳运动。
这些板块都是地壳的一部分，地壳分为几块。导致板块移动的力量是由从洋脊涌出的新物质引起的。在半熔融地幔之上，新物质不断将旧物质推向两边。20世纪70年代，板块构造理论成为地质学领域的核心概念或“范式”。
受到这些故事的启发，一些科学家相信科学最终可以发现几乎所有事物的奥秘。对于他们来说，为了达到这个目的，只需要不断增加观察，提高实验工具的精度，扩大观察范围。科学令人兴奋，因为它似乎总是站在发现新事物的最前沿。
你认为科学家最终能发现他们需要知道的一切吗？当前的知识爆炸将把我们引向何方？当然，没有人知道这些问题的确切答案，但一些科学家和哲学家提醒我们，人类能够知道的可能是有限的。
毕竟人的感知是有限的。鹰的视力比人类好2到3.6倍——取决于鹰的种类。大象能听到人类听不到的低频声音。每个物种在进化过程中都发展出了有利于祖先生存的感知功能。
我们人类所能看到的世界只是沧海一粟。比如太阳中心的核反应产生中微子，中微子是比电子小得多的基本粒子。每秒钟有数十亿个中微子穿过我们的身体，但我们看不见它们。人类可以看到光，但光只是电磁辐射的一小部分。有很多波长的电磁辐射是我们看不见的——伽马射线、X射线、紫外线、无线电波等。光谱中的这些波段是肉眼无法捕捉到的。因为几千年来，看不看它们并不影响人类生存。螨虫寄生在我们的睫毛上，细菌在我们的皮肤上爬行...还好我们看不到他们。
显然，对于科学家来说，无论什么时候有了非常精密的仪器，自然界的大部分仍然处于未被发现或无法接近的状态。关于人类积累的知识，有一个发人深省的比喻:人类的知识看似无穷无尽，其实只是漂浮在未知大海上的一座孤岛。知识岛的面积越来越大，岛屿的海岸线越来越复杂，但它仍然漂浮在神秘未知的海面上。【这个比喻来自马塞洛·格莱赛，达特茅斯大学的巴西裔美国物理学家。]
人类似乎永远无法认识和理解现实的一切。对现实的认识是随着人类状况的变化而不断变化的，发现新知识的兴奋感是人类探索的动力。似乎人类有一种与生俱来的生存本能，去发现自然的模式和规律，去了解我们的历史和周围的环境。我们对人类在宇宙中的位置有了惊人的认识。这就是这本书的内容——人们对自己在宇宙中的位置了解多少？看完这些，读者朋友们就能在这张最大的时空地图上找到自己的位置了。
第三，大历史的框架
每个故事都需要一个情节，一个主题，一个声音或者某个人讲述故事的方式。伟大的历史是基于证据的真实故事，而不是虚构的，但它仍然需要这些特征来将故事融合在一起。
简单来说，故事的主题就是万物，包括宇宙，都处于永恒的变化之中。目前，似乎越来越多的结构正在宇宙的某些地方出现，它们变得越来越复杂。这就违背了热力学第二定律，物理定律。热力学第二定律表明，从整体上看，宇宙会变得越来越无序。
复杂程度越来越高，意味着某个时刻出现了新的东西，而新的东西是之前存在的个别部分无法预见的。之所以更复杂，是因为它是由能量流组合而成的特定结构，其组成成分增多。由于组件的增加，需要更多的能量来维持，所以会更脆弱。
科学家将这种现象称为“涌现”，但他们还没有完全理解它。在80年代末，这个概念萌芽时还只是一个假设，现在已经有一些证据支持了。
假设是这样的:科学家认为，当一些结构以特定的方式排列，并且条件恰到好处时，结构与新事物之间增加的能量流就会产生。科学家用两个词来描述“刚刚好”的条件:“最优条件”和“金发姑娘条件”，后者来自英语童话《金发姑娘和三只熊》。金发条件是指不太热也不太冷，不太大也不太小，刚刚好的条件。
讲述这个宇宙故事的人还没有就如何命名这些过渡时期，即新事物出现的时期达成一致；科学家们还没有就这样的时期有多少达成一致。他们也称之为“过渡”或“转变”。有些讲故事的人，比如天体物理学家埃里克？蔡森称之为“新纪元”。其他的，比如荷兰生物化学家、社会学家弗雷德？施佩尔称之为“王朝”。有些人不点名——只是在故事里提一下。
如果你深入研究伟大的历史，你会学会比较这些不同的版本。在本书中，我会引用“门槛”这个概念来指代某个新事物即将出现时的过渡期。大卫？克里斯蒂安在他的《时间地图》一书中首次使用了这个词。这个词只是一个术语，用来定位时间长河中的重大事件，转化有时跨越千年。
当然，“临界点”这个词是一个比喻，远远超出了字面意思。在时间的长河中，没有真正的“临界点”。这个词无非是想传达跨越一个“临界点”或“门槛”时的兴奋和新鲜感——从此踏入新生活的大门，就像新婚夫妇步入婚姻的殿堂，开始共同生活。这个比喻不是为了遏制新事物的出现。如果你生活在中国，也许能理解这个概念。在中国的传统文化中，“门槛”通常比地面高出约15 ~ 20cm (6 ~ 8英寸)，使妖怪无法进入大门，而人则需要跨过门槛才能进入家门。
在这本书里，大历史的故事会分成八个临界点，每个临界点都有新的东西。也许我们可以更详细地分享一下。这八个临界点看似代表了复杂性的重大飞跃，但并不太繁琐，也不太难记。这八章中，有三章是留给人类的。我在本书中使用的八个关键点是:
大历史涉及很多人类最感兴趣的问题:世界从何而来？世界是由什么组成的？是什么把他们联系在一起？我从哪里来？我在这里做什么？人类是一种什么样的生物？我们应该如何对待彼此和这个世界？目前发生的主要问题是什么？一切将走向何方？对于正在研究大历史的人来说，讨论这些与人类息息相关的问题，是有趣而有意义的。
第四，快速预习《大历史》
1大爆炸的出现，宇宙的起源:宇宙始于1382亿年前的大爆炸。我们从最古老的恒星那里知道这些信息，我们可以测量宇宙膨胀的速度，然后倒推时间。起初，宇宙的温度如此之高，以至于所有的粒子都无法结合。大爆炸后，大约38万年后，简单原子(氢和氦)开始形成。宇宙逐渐冷却膨胀，直到今天。
2恒星和星系的外观:氢是最简单的原子，由一个质子和一个电子组成。宇宙诞生后约7亿至20亿年，氢云产生，恒星和星系开始形成。
质量更大的化学元素的出现:随着恒星的燃烧和爆炸，更复杂的原子开始出现。高温使更多的粒子聚合，产生碳氧等复杂元素，进而形成新的行星。而且，至少在一个星球上，这些元素最终结合形成了生命。
4太阳系的出现:太阳是一颗中等大小的恒星。它形成于大约45.6亿年前的银河系。气云在重力作用下向内坍缩，开始燃烧。其余的物质结合在一起，大约1亿年后，太阳系八大行星形成。地球是一颗岩石行星，距离太阳的距离在八大行星中排第三，距离适中，刚好一半是固态，一半是熔融态。
生命的出现:地球形成后约1亿年，开始出现生命，即单细胞细菌。光合细菌向大气中释放氧气，最终形成保护生命免受紫外线伤害的臭氧层。据估计，最古老的细胞化石有34.9亿年之久。细菌进化了1亿年，然后在1亿年到20亿年前出现了多细胞生物。
智人的出现:多细胞生物开始于大约20亿年前，然后大约6亿年前，大量的动植物爆发。人类与黑猩猩和倭黑猩猩有着共同的祖先。经过大约600万年的进化，也就是大约20万年前，出现了现代人类(智人)。在人类出现后的漫长历史中，95%的时间，人类一直以狩猎和采集为生，种群相对稳定，与地球及其各系统和谐相处。
7农业(有机能源)的出现:大约1万年前，出现了温和稳定的气候。人类开始种植作物，驯养动物，并找到储存剩余食物的方法。这使得人类能够在人口稠密的城镇中共同生活，发展专门的职业，建立国家，形成等级制度，创造人物和文字，建造宏伟的建筑——这些都是文明的特征。
8工业化(化石燃料能源)的出现:人类的现代生活是建立在工业化和化石燃料消费的基础上的，也不过250年。在这短短的时间里，地球人口从大约7.5亿增加到74亿。如今，人类正在改变我们赖以生存的地球及其系统。
如何梳理近6543.8+038.2亿年的历史？画时间轴有很多种方法。这里推荐一个快捷的方法:找两卷完整的1000斯科特牌卫生纸，加上四分之三卷，尽量把卫生纸在房间里摊开。或者，如果你不想弄得乱七八糟，就想象一下怎么贴瓷砖吧。每一段卫生纸代表500万年，一卷有1000段，代表50亿年，大约是太阳系的年龄。最后一卷的最后一节代表了整个人类历史，加上人类和黑猩猩的共同祖先进化为人类的时间。【这个方法是北卡罗来纳州的科学教育家露西·拉菲特提出的。]
在整个宇宙中，人类只占最小的一部分，现代社会在整个人类历史中只占很小的一部分。这是它在整个宇宙背景下的样子。
摘自《大历史，小世界:从大爆炸到你》
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