对终极问题我们从哪里来？科学的回答

关于我们的生物学上、化学上和宇宙学上的起源是我们能问的最深刻的问题。这里是今天的最好答案。

STARTS WITH A BANG — SEPTEMBER 16, 2025

Ethan Siegel

在欧洲南方天文台的望远镜穹顶背后，银河系耸立在南天中，右侧是大麦哲伦云和小麦哲伦云。虽然对人类肉眼有数千颗可见的恒星和银河平面，但只有四个典型的不用帮助的肉眼能探测的超越我们银河系的星系。直到20世纪20年代为止我们确实不知道这些星系位于银河系之外——在爱因斯坦的广义相对论早已取代了牛顿引力理论之后。今天，这一观望帮助我们欣赏宇宙敬畏与奇迹和为我们每个人把持的宇宙故事。Credit: ESO/Z. Bardon (www.bardon.cz)/ProjectSoft (www.projectsoft.cz)

关键要点

•无论你正在询问人类存在物、生命本身、我们太阳系的原始成分还是宇宙本身，这个听起来简单的“我们从哪里来？”的问题可能是我们能问的最深刻、最雄心勃勃的事情。

•对无数代人，这些问题动力了诗人、哲学家和神学家的思想，但今天我们有由我们的科学努力提供的有意义的答案。

•尽管在我们知道的中仍有空白和多惊奇的余地，但我们对终极问题的答案追求已经走到难以置信远。这里是我们今天是的。

在全世界和或许整个宇宙中，没有比人们能问自身的起源更伟大的问题。对我们作为人类存在物，这个问题往往在我们的童年早期出现：我们看、触摸并体验围绕我们的世界，关于我们自己的起源的好奇。甚至当我们仰望星空沉浸在壮丽的夜空的景色——月球、行星、恒星、银河系的光荣平面加上深空天体中时——我们充满一种敬畏，好奇着光和或许甚至分隔开它们的广袤的虚空黑暗都来自的。

千年来，我们只有过是我们的引导的故事——源自人类想象的神话和未经验证的不实在的想法。然而在我们物种的历史中科学事业已经首次带给我们令人信服的基于事实的对这些问题的许多解答，使我们不仅使自然界能够有意义而且我们如何来的的故事。生物学上、化学上、物理学上19世纪、20世纪乃至现在21世纪中的进步已经使我们能够来一起编织一幅绚丽的画卷，最终解答已经好奇了如此长我们的许多人的问题：“我们从哪里来？”

这里是我们今天是的站到目前知道的前沿的方。

现代人类一道有我们的广的和现已灭绝近亲的演化能被映射出，由于一个巨大丰富的在全球化石记录中发现的证据。各种的案例包括直立人（约190万年前出现约14万年前消亡）、能人（该属最早成员）以及尼安德特人（时间更晚出现很可能独立现代人）。Credit: S. V. Medaris / UW-Madison

生物学上我们是一条连续的不间断的生物链的后代，走回到大约40亿年前。

你是你的父母的孩子：一个基因母亲和基因父亲各贡献了50%的你的基因物质。这些基因物质在它内蕴含一个巨大量的信息，告诉你的身体来产生什么蛋白质和酶、如何一起结构它们以及何时何地活化各类反应。你的基因解释几乎一切关于你的身体，从你的眼色到你产生的红细胞类型到是否你有一个鼻中隔偏曲，反过来你的父母被从他们的基因父母降生——你的祖父母，他们反过来从你的曾祖父母降生。

原来是随我们走回去回到仍然更远，我们发现生物体在漫长的岁月中变化，在这个过程中演变。这种进化被一个随机突变和自然选择的结合共同驱动，在那里是最适应的生存、对在他们的条件和环境中发生变化最适应能力的生物体是不选择反对的它的谱系延续的。我们能将这个推演回去回到人类祖先是的时代：

•人属的其他成员，

•仅仅早于我们属出现的人科，

•早于人科的进化的灵长类动物，

•早于任何灵长类动物：猴子或猿的哺乳动物，

一路走回到数十亿年前存在的单细胞无性繁殖生物。

这棵生命之树描述地球上各类生物的演化和发展。尽管我们都从20多亿年前一个共同祖先浮现，但生命的多样性从一个混沌的即便我们倒回时间万亿次将不会完全的过程浮现。正如被达尔文首次揭示的那样，要解释地球上生命形式的多样性，需要数亿年甚至数十亿年的时间。Credit: Leonard Eisenberg/evogeneao

我们有的地球上的生命最古老最长之前的证据至少走回到38亿年前——到最古老沉积岩仍部分存活的日子。就像基于来自锆石矿床碳同位素比提示的一样地球可能早至44亿年前一直拥有生命。

但在我们新形成的地球的环境的某个点上我们毕竟不拥有生命。在某个点上地球上首次浮现了一个活的有机体。一种盒子之外的想法——泛精胚论（panspermia）——或许是正确的：在这里地球上存在的生命被宇宙上带到这里，从某些在太空中另外的在那里生命自然的从非生命发生的地方。

然而在宇宙历史的某个点上生命确实从非生命浮现。目前不知道那个到底如何发生了以及什么先来：

•细胞的结构，将一个潜在生物体的内部与外部环境隔离开来，

•一串编码信息的核酸，使繁殖成为可能，

•或者一个代谢优先的场景，在那里一种可以从它的环境提取能量的蛋白质或酶首先形成了，然后繁殖和细胞性之后来到。

虽然我们不确定它采取的途径，但生命确实从遥远的过去中的原始的、非生命的成分浮现。

如果生命始于一种能够代谢来自它的环境的营养/能量的随机肽，复制然后可能跟着发生从肽与核酸共进化。这里DNA-肽共进化被描述，但它可能反而与RNA或甚至PNA工作为核酸。断言对生命来发生需要一个“神启火花”是一类典型的“上帝的空白”论证；但断言我们完全的知道生命如何从非生命发生也是一个谬误。这些条件——包括在它们的表面上存在的这类分子的岩石行星——很可能在大爆炸的最初10亿至20亿年内存在了。Credit: A. Chotera et al., Chemistry Europe, 2018

因此，化学上在过去的某个点上无论是在地球上还是在另外地方，一个有新陈代谢的、复制的有机体浮现了，创造一个生命的起源点。

然而，地球本身以及剩下的我们的太阳系为在地球上毕竟有生命需要被带进存在。因此地球、太阳和剩下的太阳系来自哪里？要解答这个问题，我们能看自然界的两个不同方面：

•我们能观察各种的元素的放射性同位素（及其比例），并利用它们来确定地球、太阳以及我们太阳系中各种原始天体（小行星和柯伊伯带）的年龄，确定太阳系什么时候形成。

•然后我们能观察跨整个星系和宇宙的恒星形成（和恒星死亡），确定恒星如何被诞生、生存和死亡，然后利用这些信息来追溯回到我们的太阳和太阳系如何进入存在的。

这里在21世纪，我们已相当强健的做了这些事情。太阳系约是45.6亿岁老，地球略微更年轻，月球比地球更年轻约5000万岁。我们从一团收缩的并形成了恒星的气体分子云形成，而行星（包括可能已经被甩的或摧毁的原始行星）从一个环绕我们年轻原恒星的原行星盘浮现。现在，四十五亿年后唯有幸存者——包括我们——依然的。

尽管我们现在相信我们理解太阳和我们的太阳系如何形成了，但这个我们的过去原行星阶段的早期观点只是一个描述。虽然在我们太阳系的形成之前存在原行星，但今天仅存八颗行星。其中多数拥有卫星，在太阳系跨各种带和云分布有小型岩石体、金属天体和冰质天体。Credit: JHUAPL/SwRI

我们的太阳系与所有恒星和行星系统以一样的从一个分子云的收缩引发了新恒星形成诞生地球、太阳和更多的方式形成。

地球一旦被创造，生命随它后很短浮现。无论是源自脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）还是基于肽的核酸（PNA），在过去的某个点上一种它们编码可以代谢能量的一种蛋白质或酶的生产、能够复制并繁衍它自己的分子形成了：一个朝向现代活的有机体的关键一步。但为这些分子来形成，需要先存在先存在前体分子：比如氨基酸、糖类、含磷基团等。这些反过来需要一系列原始原子成分，包括：

•氢,

•碳,

•氮，

•氧，

•磷，

•硫，

•钙，

•钠，

•钾，

•镁，

•氯，

以及更多。

但除宇宙中最丰富的元素氢外，在宇宙历史的最早阶段这些元素没有一个存在。宇宙一定不知怎的创造了这些元素，因为这些原子构建块对形成不只获得由集体是绝对必需的，而且对象地球本身一样岩石行星。

幸运的是我们确实有一个宇宙解释这些元素的浮现的故事：从恒星的生命周期。通过恒星死亡，包括从太阳一样恒星在行星状星云中死亡、从在核坍塌超新星中死亡的超大质量恒星、在千新星中碰撞的中子星以及从在Ia型超新星爆炸中的白矮星——宇宙的重元素被创造并回归星际介质，在那里它们能参与新一轮的恒星形成活动。

到目前为止最流行的揭示在元素周期表上自然发生的每一元素的原始起源的图像。中子星合并、白矮星碰撞以及核坍塌超新星可能允许我们来攀登比现有元素周期表显示的甚至更高。大爆炸赋予我们几乎宇宙中所有的氢和氦，而几乎没有一切的另外一个结合了。大多数元素以某种形式或另一种形式被在恒星内锻造。Credit: Cmglee/Wikimedia Commons

这教导我们我们的太阳、地球和太阳系被从先前生活、死亡的恒星和恒星尸体灰烬中诞生，并将它们处理过的内部归还给星际介质。

如此这就是人类来自、生命来自、太阳系来自的地方、重元素来自的地方。你需要恒星来制造原始成分有行星；你需要一颗晚期形成的恒星在它之内携带足够重元素来制造有生命所需成分的岩石行星；你需要刚好的化学反应来启动创造一个从非生命的活的动物；那么你需要在地质时间尺度上生命来存活和兴旺正确的条件，在自然选择的压力下来创造我们今天在地球上发现的生命的多样性，包括人类创造物。

但为这发生，你需要非常第一时间创造恒星——而这也需要一组成分和条件。你需要中性原子，尤其是大量氢原子，这没问题：它们被在炽热大爆炸的初期形成。但你也需要一个有非均匀的宇宙：一个有会引力上吸引越来越多物质进入它们的过密区域直到足够的物质已经积聚让恒星非常首次形成为止。在广义相对论法则下，基于我们在宇宙微波背景中看到的初始波动，那是我们的宇宙赋予我们的的精确的——一组使恒星从一个原始中性原子的集合形成首次成为可能的条件和成分。

宇宙中非常第一批恒星来形成与现今的恒星是不同的：无金属、极大质量，且几乎都注定要成为一个被气体茧包裹的超新星。在恒星的形成中在那里有一个仅物质的不能够来冷却和坍塌仍然留在大的弥散星云中团块的时期。那些云生长速度足够缓慢甚至持续直到宇宙时间很晚为止是可能的。Credit: NAOJ

那些最早回到宇宙甚至是它的的当前年龄2%之前的恒星——回到最远我们从来已经用创纪录的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测到的最一颗恒星、星系或类星体。它们很可能仅被一个气体云的引力收缩形成，被一个随它们收缩缺乏有效的需要来冷却那些非常大质量聚集云触发引力坍塌阻碍。因此，这些还没有被发现的首批恒星很可能质量极高，因此寿命极短的。

尽管我们还没有找到代表宇宙演化中一个“缺失的一环”的第一批恒星，但科学家能肯定它们的存在：在被詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的大质量星系和回到宇宙微波背景纪元形成的中性原子之间。

尽管如此，我们继续在我们的追寻宇宙的终极起源中。这些恒星一定已经从中性原子形成，在大爆炸理论框架下——被六十年的观测数据和计数证实——当宇宙从一个热密的等离子态（在那里所有原子成分都被电离）冷却到一个更不热、更不密状态中性原子是稳定的时中性原子才能形成。在这样一个过渡后，一个低能残余辐射的背景将被四面八方的发射甚至直到今天为止。正是这种残余的原始辐射现在被称为宇宙微波背景(CMB），为大爆炸交易盖上了印章。

在早期（左图），光子散射掉电子并能量足够高将原子敲击成一个电离状态。一旦宇宙足够冷却且缺乏这类高能光子（右图），它们不能与中性原子相互作用，反而因它们有不能激励这些原子到一个更好能量的错误波长只自由的流。Credit: E. Siegel/Beyond the Galaxy

为创造恒星，宇宙需要创造中性原子，这被在热大爆炸开始后大约38万年产生。

当然，一个热密的等离子体也不是事情的开始。如果你继续在时间中向后推断——朝向一个更热、更密且更均匀的状态——你会来到一个当它太热和密不能形成原子核的时代，你会只有裸露的质子和中子。在仍然更高温和更早时，任何存在的辐射（以及中微子和反中微子）的能量将已经足以造成质子与中子相互转化，导致一个质子与中子之间50/50的分裂。

因此，随宇宙从那些早期条件膨胀和冷却，这些核反应停止来发生，我们应该终结有一个质子对中子倾斜的丰度分布——一种有利于质子。然后随宇宙进一步冷却，核聚变反应能进行：首先出自质子和中子的氘，随后合成更重元素如氦，然后如果有足够能量此后锂和更重元素。它通过：

•测量宇宙的重子对光子比率，

•通过核物理预测轻元素的丰度，

•然后检查宇宙本身来了解轻元素实际多丰度的，

我们学习了大爆炸核合成，或甚至在第一批恒星形成之前制造元素的科学如何进行的。

这个图表展示随着时间宇宙的大爆炸核合成的不同相期间膨胀和冷却轻元素的丰度。到第一批恒星形成时，氢、氘、氦-3、氦-4和锂-7的初始比例都被这些早期核过程固定。Credit: M. Pospelov & J. Pradler, Annual Review of Nuclear and Particle Science, 2010

真的为形成我们看到的宇宙，在热大爆炸的早期阶段最初几分钟通过核反应被一起锻造的轻元素。

最终，我们走回到越来越早到甚至更热、密度更大的条件。在某些点随宇宙拿上一个夸克-胶子等离子体条件质子和中子停止是有意义的实体。在足够高的能量下，物质-反物质对被从光子和其他粒子碰撞自发的创造——一个爱因斯坦质能方程E=mc²的结果。标准模型中的所有粒子和反粒子甚至不稳定的粒子被在这些早期条件中以极高丰度创造。而在足够早时期，电磁力和弱核力被统一成一个：电弱力。

然而，尽管我们知道的，一些额外的空白和秘密仍然存在。

在某个点上即便我们不知道如何，比反物质更多的物质被创造，导致我们的今天物质统治的宇宙。

在此之前，是否还发生了另外的统一呢？引力是否在某个点上与标准模型的力统一了呢？是否存在一个描述现实的一切理论呢？

我们不知道。但我们确实知道热大爆炸甚至在它的最热不是一切的非常开始。相反，大爆炸被诞生有的条件：

•完美的空间平整度，

•一个缺乏剩余的、高能遗迹，

•最大温度远低于普朗克尺度的，

•在所有地方和所有方向中有相同的温度和密度，

•在所有尺度上都叠加有微小的、3万分之一的过密和欠密，

•包括在超地平线尺度上，

正是一个宇宙膨胀的相将已经预测了先于并建立起大爆炸的条件。

从一个小到能被想象的空间区域（一路到普朗克尺度）宇宙学暴胀造成空间来指数级膨胀——每过短短一瞬无情的持续翻倍。这种宇宙这样空旷和延伸它的平坦，但它包含在它之上叠加了量子波动：这些波动后来将为我们自己的宇宙内提供宇宙结构的种子。在暴胀的最后约10^-32秒前发生的，包括是否暴胀源自某个它之前的奇异状态，不仅不知道而且可能是根本不可知的。Credit: Big Think / Ben Gibson

在大爆炸之前，宇宙没有被物质或辐射统治，而是由空间本身固有的能量，在一个被称为宇宙膨胀的相中。

这个在最后是我们的知识来到一个终点的地方：没有一道鸿沟，而是有一个无知的深渊。从本质上宇宙暴胀是一个有一个令人难以置信量的能量被锁在空虚空间的织造中的时期。在这种状态下，空间以无情的指数级步伐膨胀——在短短一瞬之间在所有三维空间尺寸翻倍，随后对每个后续过去瞬间一再翻倍。

然而，因为我们的可观测宇宙是一个有限的尺寸，这意味着只有暴胀的最后一秒的一个小分数对我们的宇宙留下任何印记；正是从那个短暂的纪元我们已经能确定暴胀毕竟发生过。对暴胀之前的一切，包括：

•对膨胀持续了多久问题的回答

•对膨胀是否是永恒的还是它从一些预膨胀的条件开始的回答，

•那些前膨胀的条件是什么

•以及是否有一个一个最终的开端比如我们认为为空间、时间和管理它们的物理法则的基本实体，

我们只是没有信息仅推测。记住科学对我们的询问并不给予我们终极答案，它只给我们真实的最佳近似，鉴于我们目前的知识状态到这个点上与我们已经收集的所有证据一致。我们已经来到在我们使宇宙有意义的祈求上难以置信的远。尽管还有科学仍在追寻的公开问题，但宽广的轻触加上“我们来自哪里”的诸多细节被最终知道。

https://bigthink.com/starts-with-a-bang/science-answer-ultimate-question/