宇宙中什么才有可能出现生命,答案让人意想

无论你在哪里,大爆炸之后展开的宇宙故事无处不在。原子核、原子、恒星、星系、行星、复杂分子以及最终生命的形成是宇宙中每个人和所有事物共同历史的一部分。正如我们今天所理解的,我们世界上的生命最早是在地球形成几亿年后才开始的。我们所知道的生命在大爆炸后的近亿年。宇宙不可能从一开始就形成生命,条件和成分都不允许。但这并不意味着要经过几十亿年的宇宙进化才能使生命成为可能。

在大爆炸的那一刻,生命的原始成分不可能稳定存在。粒子、反粒子和辐射都以相对论的速度压缩着,把任何可能偶然形成的束缚结构都炸开了。然而,随着宇宙的老化,它也会膨胀和冷却,从而降低宇宙中所有物质的动能。随着时间的推移,反物质湮灭,稳定的原子核形成,电子可以稳定地与它们结合,形成宇宙中第一个中性原子。

然而,这些最早的原子只是氢和氦,不足以构成生命。更重的元素,如碳、氮、氧等,是构建所有生命过程所依赖的分子所必需的。为此,我们需要大量形成恒星,让它们经历生死轮回,并将核聚变的产物返回星际。当然,第一批恒星的形成需要五亿年到一亿年的时间,它们形成的星团相对较大。但是在最密集的空间区域,这些星团将以重力的方式吸引其他物质,包括额外恒星和其他星团的物质,为第一批星系的形成铺平道路。随着时间的推移,到2.5亿年后,不仅会有多代恒星存活和死亡,而且最早的星团会成长为星系。

这很重要,因为我们不需要制造像碳、氮和氧这样的重元素;我们需要创造足够多的有机分子——以及所有生命必需的元素——来产生广泛多样的有机分子。我们需要这些分子稳定地存在于它们可以经历能量梯度的地方,比如在岩石卫星或恒星附近的行星上,或者有足够的海底热液活动来支持某些化学反应。

在天文学中,所有这些条件都可以用一个词来概括:金属。当我们观察一颗恒星时,我们可以测量来自它不同吸收谱线的强度,这些吸收谱线告诉我们,结合恒星的温度和电离作用,可以形成不同的元素。把它们加起来,就得到了恒星的金属度,或者恒星内部比普通氢或氦重的元素的比例。我们的太阳的金属丰度在1-2%之间,但这对于生命的需求来说可能是过高的。只有其中一小部分的恒星,可能只有太阳重元素含量的10%,仍然有足够的必要成分使生命成为可能。

这很有趣,当我们观察球状星团时。球状星团包含一些宇宙中最古老的恒星,其中许多在宇宙小于当前年龄的10%时形成。它们是在一个巨大的气体云坍塌时形成的,导致了相同年龄的恒星形成。由于恒星的寿命是由其质量决定的,我们可以观察在球状星团中剩余的恒星并确定其年龄。

在我们银河系的多个球状星团中,大部分都是在12到亿年前形成的,考虑到大爆炸发生在亿年前,这是非常令人印象深刻的。正如你所料,大多数最古老的太阳只有我们太阳所拥有的2%的重元素;他们缺乏金属,不适合生活。但是一些球状星团,比如梅西耶69,提供了巨大的可能性。

无论我们在星系中心周围,还是在新形成的大质量恒星周围,或者在富含金属气体的环境中,我们都能发现大量复杂的有机分子。从糖到氨基酸,再到甲酸乙酯(一种让树莓散发香味的分子),再到复杂的芳香族碳氢化合物;我们发现分子是生命的前体。当然,我们只能在附近找到它们,但那是因为我们不知道如何在我们的星系之外寻找单个的分子特征。但即使我们看看我们附近的邻居,我们也能找到一些间接的证据,证明在地球出现之前宇宙中就有生命存在。甚至有一些有趣的证据表明地球上的生命并不是从地球开始的。

我们仍然不知道宇宙中的生命是如何开始的,也不知道我们所知道的生命是普通的、罕见的,还是宇宙中只有一次生命。但我们可以肯定,生命至少在我们的宇宙中出现过一次,它是由前几代恒星形成的重元素构成的。如果我们从理论上看恒星是如何在年轻的星系团和早期星系中形成的,我们可以在几亿年后到达丰度阈值;剩下的就是把这些原子放在一起,形成有利于生命的排列。如果形成生命所必需的分子,并把它们放在一个有利于非生命产生的生命的环境中,那么突然间,生物学就可能在宇宙只有其当前年龄的几个百分点的时候出现了。我们必须得出这样的结论:宇宙中最早的生命可能在10亿年之前就存在了。

小伙伴们,你们认为宇宙大爆炸后多少年开始出现生命的呢?欢迎留言讨论!




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