大霹靂Understanding Universe: Big Bang 1 æ‰€æœ‰æ• äº‹éƒ½èµ·å§‹æ–¼ä¸€ç™¾ä¸‰ ...

大 霹 靂Understanding Universe: Big Bang所 有 故 事 都 起 始 於 一 百三 十 億 年 前 一 次 大 暴 脹宇 宙 始 於 奇 異 的 一 小 點經 過 組 合 、 衍 生 、 運 行最 後 可 能 自 滅 回 到 原 點1

大 霹 靂觀 察 宇 宙 星 系 發 現 整 個 宇 宙 持 續 向 外 擴 張Edwin Hubble若 宇 宙 一 直 在膨 脹 著 , 推 測在 亙 古 之 前 ,整 個 宇 宙 可 能集 中 在 一 點 ,以 空 間 膨 脹 開啟 整 個 宇 宙 。WIKIPEDIA若 某 銀 河 發 出 的光 譜 顏 色 偏 紅 ,顯 示 這 個 星 座 正在 遠 離 觀 察 者 。2

大 霹 靂宇 宙 大 爆 脹 後 的 急 速 擴 脹 圖 解大 霹 靂 其 實 是 空 間 急 速 擴 張 而 非 爆 炸WIKIPEDIA大 霹 靂 後 所 殘 留 的 微 波 分 布 到 今 日 尚 可 被 偵 測 到3

大 霹 靂宇 宙 中 的 大 部 分 空 間 由 暗 物 質 dark matter 所 佔 據http://www.spacetelescope.org/images/html/heic0701a.html哈 伯 太 空 望 遠 鏡 觀 測 暗 物 質 分 布 。WIKIPEDIA 全 體 星 系 物 質 加 起 來 不 到 全 宇 宙 總 值 量 百 分 之 一 。4

大 霹 靂主 宰 宇 宙 的 萬 有 引 力 到 目 前 仍 不 明 其 本 質 或 成 因引 力 並 不 是 一 種 力 量 , 而 是 物 質 本身 隨 著 時 間 , 對 周 遭 空 間 的 影 響 。太 陽 的 燃 燒 終 將 停 止 , 最 後 的 暴 脹吞 噬 整 個 太 陽 系 , 然 後 爆 炸 開 來 。太 陽 的 衰 老 過 程WIKIPEDIA由 地 球 看 衰 老 的 太 陽http://www.pbs.org/wgbh/nova/einstein/rela-space-w-220.html 5

大 霹 靂宇 宙 為 何 存 在 ?人 類 竟 然 能 在 這 個 宇 宙 裡 演 化 , 並 意 識 到 周 遭 的 整 個 宇宙 。 也 察 覺 到 一 百 五 十 億 光 年 以 外 還 有 其 他 的 東 西 。說 人 類 是 宇 宙 塵 並 不 誇 張 , 因 為 我 們 血 液 所 含 血 紅 素 裡的 鐵 , 和 我 們 骨 骼 裡 的 鈣 , 都 是 超 新 星 爆 炸 時 產 生 的 。通 宇 宙 貫 古 今目 前 已 知 這 個 宇 宙 裡 , 只 有 我 們 的 太 陽 系 有 生 物 。 或 許知 道 事 情 沒 有 這 麼 簡 單 , 會 讓 人 覺 得 自 己 比 較 特 別 , 也會 更 珍 惜 自 己 的 生 命 。生 命 殊 勝『 人 體 每 個 原 子 都 來 自 某 個 恆 星 』 我 很 喜 歡 這 個 說 法 。若 沒 有 恆 星 , 宇 宙 就 只 有 氫 氣 , 我 們 既 知 的 一 切 都 不 存在 。根 本 究 竟天 人 合 一6

地 球 誕 生地 球 大 紀 行 : 地 球 的 誕 生The Earth很 多 因 緣 際 會 才 成 就 了地 球 獨 特 的 厚 生 環 境 ,但 無 法 保 證 永 遠 如 是 。地 震 、 颱 風 、 乾 旱 等 天災 是 地 球 正 常 脈 動 , 生命 存 活 在 無 常 之 空 隙 。C12NHK エンタープライズ1

地 球 誕 生太 陽 系 的 原 始 行 星 吸 引 大 量 隕 石 衝 擊 而 增 加 質 量早 期 太 陽 星 雲 想 像 圖早 期 太 陽 可 能 呈 現 星 雲 系統 , 周 遭 較 冷 部 份 星 塵 先集 結 成 為 行 星 前 身 , 不 斷受 隕 石 攻 擊 成 長 , 並 因 撞擊 所 產 生 之 高 溫 而 融 化 。想 像 的 早 期 行 星 形 成 環 帶月 球 表 面清 楚 記 錄早 期 曾 受嚴 重 的 隕石 攻 擊 。獵 戶 大 星 雲 中許 多 星 體 有 類 似 太 陽系 的 行 星 誕 生 環 境 。WIKIPEDIA2

地 球 誕 生來 自 宇 宙 的 水 冷 卻 了 地 殼 並 充 滿 地 表 而 形 成 海 洋太 陽 電 磁 波 與 熱 力 對 行 星 的 影 響 甚 巨 , 導 致 水 星與 金 星 留 不 住 水 分 子 , 因 此 也 無 法 孕 育 生 命 。攻 擊 地 球 的 隕 石 同 時 也 帶 來 大 量 水分 , 是 地 球 海 水 的 主 要 來 源 之 一 。WIKIPEDIA3

地 球 誕 生想 像 中 原 始 地 球 的 高 溫 濃 湯 與 劇 烈 的 環 境 衝 擊(1) 地 表 溫 度 很 高 , 地 殼 活 動 非 常 旺 盛 。(2) 原 始 大 海 中 充 滿 各 種 基 本 元 素 或 小 分 子 。(3) 還 沒 有 大 氣 層 , 因 此 紫 外 線 直 射 地 面 。(4) 沒 有 氧 氣 , 可 能 有 甲 烷 、 氨 氣 、 含 硫 化 合 物 (H 2 S) 。(5) 殞 石 還 是 不 斷 襲 擊 地 球 , 帶 來 外 空 物 質 。(6) 好 像 一 個 很 大 的 化 學 反 應 槽 。4

地 球 誕 生地 球 內 部 仍 然 維 持 融 岩 狀 態 並 且 不 時 釋 放 能 量20~70 公 里 厚地 殼 僅 佔 地 球體 積 1% 以 下半 徑 6,373 公 里人 類 只 是 寄 居 於如 蛋 殼 般 的 地 表Pangaea 盤 古 大 陸被 地 球 嚇 三 次 ..第 一 次 在 小 學 - 老 師 說 地 底 下 全 是 火 熱 岩 漿第 二 次 大 學 時 - 報 章 雜 誌 介 紹 大 陸 漂 流 理 論第 三 次 不 惑 年 - 得 知 地 球 的 水 大 部 來 自 太 空WIKIPEDIA5

地 球 誕 生有 沒 有 外 星 人 ? (= 宇 宙 中 有 無 另 一 顆 地 球 ?)Mediocrity principle 整 個 宇 宙 有 非 常 多 類 似 地 球 的 行 星 存 在 著 。vsRare Earth hypothesis地 球 的 形 成 條 件 極 嚴 苛 , 可 能 是 獨 一 無 二 。(1) 太 陽 系 位 於 銀 河 螺 旋 星 雲 之 外 側 , 遠 離 銀 河 中 心 的 黑 洞 。(2) 太 陽 系 主 星 的 年 紀 與 大 小 相 當 適 中 , 可 以 孕 育 一 群 行 星 。(3) 各 行 星 之 中 , 氣 體 星 無 固 體 地 表 , 不 利 衍 生 出 生 命 物 質 。(4) 地 球 的 大 小 適 中 , 剛 好 可 以 吸 住 大 氣 層 以 維 持 穩 定 環 境 。(5) 地 球 有 相 當 大 的 衛 星 , 所 引 起 的 潮 汐 與 地 殼 變 動 很 關 鍵 。(6) 地 球 核 心 具 融 態 鐵 與 放 射 物 質 , 產 生 磁 場 並 造 就 生 物 圈 。WIKIPEDIA6

地 球 誕 生完 全 符 合 所 有 條 件 的 機 率 是 10 -12Rare Earth hypothesis許 多 嚴 苛 的 天 災 反 而 是 地 球 生 物 的 催 化 動 力 。(7) 地 殼 板 塊 因 地 底 岩 漿 對 流 而 移 動 , 造 成 生 物 環 境 之 變 化 。(8) 地 球 大 氣 層 的 化 學 組 成 提 供 生 物 所 需 , 並 可 阻 擋 紫 外 線 。(9) 自 然 大 災 難 是 促 進 演 化 多 樣 性 的 動 力 , 主 要 有 以 下 三 種 ..(a) 冰 河 期 過 後 跟 隨 著 演 化 大 躍 進 , 產 生 真 核 與 多 細 胞 生 物 。(b) 隕 石 衝 擊 滅 絕 盛 行 的 恐 龍 , 使 得 弱 小 的 哺 乳 類 得 以 崛 起 。(c) 地 軸 可 能 轉 動 九 十 度 , 造 成 地 殼 、 海 洋 等 環 境 劇 烈 變 動 。以 巨 觀 的 時 空 角 度 來 看 , 生 滅 是 所 有 自 然 程 序 的 一 環 。WIKIPEDIA7

地 球 誕 生浩 劫 餘 生 ..Planet of the Apes (1968)一 艘 自 地 球 出 發 的 遠 征 太 空 船 , 迫 降 到 未 知 的 星 球 。這 個 星 球 由 人 猿 統 治 , 人 類 文 化 低 落 , 是 奴 隸 階 層 。倖 存 的 太 空 人 逃 脫 人 猿 控 制 , 被 迫 躲 到 人 猿 的 禁 區 。禁 區 內 發 現 了 人 類 文 明 , 竟 然 是 被 核 戰 摧 毀 的 紐 約 。2001 年 重 拍 片8

地 球 誕 生太 陽 所 在 的 銀 河 系 只 是 星 空 中 的 一 個 光 點太 陽 系自 太 陽 系 邊 緣 看 地 球自 地 球 以 360 度 看 銀 河 系WIKIPEDIA9

生 命 源 起組 成 生 命 的 物 質 可 以 在 原 始 地 球 的 環 境 中 產 生地 球 剛 形 成 之 後 , 不 可 能 有 生物 存 在 , 但 是 充 滿 簡 單 的 小 分子 ( 如 水 、 氨 與 烷 類 ), 以 及 取用 不 盡 的 能 量 。Miller-Urey experiment米 勒 在 實 驗 玻 璃 瓶 中 模 擬 早 期地 球 上 的 狀 況 , 只 給 予 簡 單 的小 分 子 , 但 是 充 滿 了 熱 與 能 ,是 有 效 的 反 應 器 。反 應 一 週 後 , 發 現 產生 很 多 有 機 物 質 , 尤其 有 十 多 種 胺 基 酸 ,這 些 胺 基 酸 的 種 類 ,與 最 近 發 現 的 古 老 蛋白 質 之 組 成 很 相 近 。細 菌 古 生 菌 真 核 細 胞WIKIPEDIA2

生 命 源 起生 命 物 質 也 可 能 來 自 地 心 或 太 空海 底 還 留 有 很 多 地 殼 裂 痕 , 充 滿 了 熱 能 與 化 學 物質 , 很 類 似 早 期 的 地 球 環 境 , 可 能 孕 育 生 命 。隕 石 除 了 為 地 球 帶 來 水 分 之 外 , 也 可 能 帶 來 生 命物 質 , 更 可 造 成 生 物 大 滅 絕 而 影 響 演 化 。Chicxulub Crater墨 西 哥 Yucatan 半 島恐 龍 滅 絕 已 證 實 因 為大 型 隕 石 撞 擊 , 人 類原 祖 的 小 型 哺 乳 動 物逃 過 一 劫 , 後 來 得 以蓬 勃 繁 衍 至 今 。WIKIPEDIA3

生 命 源 起組 成 蛋 白 質 的 胺 基 酸 有 兩 種 不 同 構 形胺 / 氨 / 銨鏡 像化 性 相 同 、 物 性 ( 旋 光 度 ) 不 同外 太 空 隕 石 含 有 稍 多 左 旋 胺 基 酸 , 而 地 球 生 物 只 用 左 旋 者 , 是 巧 合 嗎 ?Murchison 隕 石 含 有 胺 基 酸星 雲 中 左 旋 胺 基 酸 稍 多 於 右 旋WIKIPEDIA4

遺 傳 機 制Century of Discoveries: GeneticsCrick 的 DNA 素 描生 物 遺 傳 竟 然 可 用 單 純的 機 械 性 複 製 來 說 明 之所 有 生 物 都 是 DNA 用來 傳 遞 其 自 身 的 軀 殼 爾C14WIKIPEDIA1

遺 傳 機 制奧 地 利 神 父 孟 德 爾 觀 察 豌 豆 外 型 變 化 發 現 遺 傳 定 律觀 察 現 象我 的 時 代 將 會 來 臨觀 察 豌 豆 的 七 種 形 質 , 初 見 遺 傳 學 定 律 。(1) 個 體 的 每 種 遺 傳 形 質 都 有 兩 個 控 制 單 位 。(2) 此 二 單 位 在 生 成 配 子 ( 精 子 、 卵 子 ) 時 分 開 。(3) 每 個 配 子 只 分 得 其 中 之 一 種 單 位 。(4) 來 自 父 母 雙 系 的 配 子 經 雜 交 後 結 合 成 胚 。(5) 胚 胎 回 復 兩 個 單 位 , 但 各 來 自 父 母 雙 方 。(6) 此 二 單 位 對 形 質 影 響 力 不 同 .. 顯 性 、 隱 性 。TT雜 交ssTs第 一 子 代(F1)自 交TsT T s sT s T s推 論 原 因TsTsTsTsTT Ts TsssTall Tall Tall Tall Tall Tall Tall short此 論 文 起 初 遭 退 稿 , 發 表 後 也 被 埋 沒 了 35 年 。2

遺 傳 機 制二 十 世 紀 初 摩 根 觀 察 果 蠅 遺 傳 奠 定 現 代 遺 傳 學 基 石摩 根 看 過 孟 德 爾 的 論 文 , 以果 蠅 重 複 其 交 配 實 驗 , 發 現在 動 物 中 也 完 全 依 循 相 同 的遺 傳 定 律 。同 時 摩 根 觀 察 到 白 眼 果 蠅 永遠 是 雄 性 , 發 現 與 性 別 連 結的 基 因 , 這 些 基 因 都 位 於 決定 性 別 的 染 色 體 上 。染 色 體 上 含 有 遺 傳 物 質 , 當時 已 知 是 核 酸 DNA, 然 而還 不 明 白 遺 傳 的 精 確 分 子 機制 , 一 直 等 到 1953 年 。WIKIPEDIA3

遺 傳 機 制在 劍 橋 大 學 發 現 的 DNA 核 酸 構 造 解 決 遺 傳 之 謎Watson 與 Crick 是 一 對 奇 異 組 合 , 並 沒有 做 過 任 何 實 驗 , 只 到 處 收 集 相 關 資 料 ,竟 然 能 推 出 DNA 的 確 實 構 造 , 此 構 造 可以 完 美 解 釋 遺 傳 機 制 。早 先 , 在 倫 敦 王 家 學 院 的 RosalindFranklin 以 X 光 繞 射 法 發 現 DNA是 螺 旋 狀 長 條 巨 分 子 。Watson 在 參 訪 時 得 知 此 消 息 , 是他 正 確 推 出 DNA 構 造 的 關 鍵 。Cavendish Laboratory,Cambridge University更 早 , 哥 倫 比 亞 大 學 Erwin Chargaff 分 析 發 現 組成 DNA 構 造 的 四 種 小 分 子 (A, T, C, G) 有 固 定 的比 例 ; 任 何 生 物 中 , 永 遠 是 A=T 且 C=G。 這 點使 得 Watson 以 模 型 拼 湊 出 AT 與 CG 的 配 對 。陳 之 藩 .. 劍 河 倒 影WIKIPEDIA4

遺 傳 機 制DNA 在 酒 精 中沈 澱 成 長 絲 狀DNA 的 構 造 完 美 地 說 明 了 遺 傳 物 質 如 何 複 製DNA 是 長 條 巨 分 子 , 有 點 像 錄 音 帶 般 地 貯 藏 著遺 傳 密 碼 (A,T,C,G); 可 以 在 酒 精 中 抽 取 出 來 ,並 且 分 析 這 些 密 碼 的 序 列 。 人 體 的 全 部 密 碼 已 經被 解 出 , 總 共 有 30 億 個 密 碼 單 位 。DNA 雙 螺 旋 由 兩 股 長 鏈 相互 捲 繞 而 成 , 每 股 長 鏈 上 有連 續 密 碼 , 而 兩 股 之 間 的 密碼 , 是 以 A=T, C≡G 互 補性 配 對 。以 如 此 配 對 方 式 , 若 兩 股 長 鏈 解 開 , 各 自 可 以 取用 細 胞 中 的 自 由 A,T,C,G 分 子 , 依 照 互 補 規 則 ,各 自 複 製 成 一 條 完 整 雙 螺 旋 , 兩 條 完 全 一 樣 , 這就 是 基 因 遺 傳 的 基 本 機 制 。簡 單 到 近 乎 完 美WIKIPEDIA5

遺 傳 機 制遺 傳 密 碼 變 異 所 造 成 的 突 變 是 生 物 演 化 的 基 礎DNA 的 複 製 可 能 出 錯 而 造 成變 異 , 對 生 物 的 影 響 好 壞 都有 可 能 。 變 異 造 成 生 物 多 樣性 , 產 生 各 種 生 命 形 式 , 豐富 整 個 地 球 生 物 圈 。人 類 與 黑 猩 猩 的 基 因 差 異 不 到 1%。 這 麼 小 的 差異 就 足 以 造 成 兩 者 在 智 慧 、 文 化 與 生 理 的 懸 殊對 比 ? 只 就 基 因 差 異 顯 然 無 法 解 釋 一 切 。可 能 基 因 的 表 現 與 調 節 , 對 生物 的 最 後 發 展 有 重 大 的 影 響 。各 種 生 物 的 胚 胎 , 在 發 育 過程 中 有 段 時 期 非 常 相 似 , 顯示 生 物 間 的 密 切 演 化 關 係 。人 類 之 珍 貴 可 能 不 只 是 生 物 層 面鳥 類 也 許 是 由 恐 龍 演 化 而 來天 下 文 化 .. 觀 念 生 物 學 The Way Life Works (Hoagland & Dodson)6