tianlangTianlang  2021-01-20 09:30 天浪书屋 隐藏边栏 |   抢沙发  142 
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生命的实验室
书名:生命的实验室:物理学定律如何塑造了生命
格式:EPUB/MOBI/AZW3
标签:生命 进化 科普
ISBN:9787521723120

内容简介:


生命的诞生、发展与进化受到多重因素、环境条件的限制和影响,人类以及其他生命形式诞生于地球到底是一种偶然,还是一种必然?在其他星球上,是否能够形成与人类及其他地球生物相提并论的生命形式?如果在遥远的星球真的存在生命,那种生命与地球上的生命有什么联系和共同点吗?

我们目前还没有在除地球之外的任何星球发现过生命,天体物理学也是一个较为新兴的学科。但是通过思考地球之外的生命是否会遵循与地球相同的演化路径,是否会采取与地球生命不一样的结构和形态,天体生物学研究也为思考地球生命背后的普遍原理提供了启迪。

生命表面上千变万化,但实际上共同之处颇多,这些共同之处都是由背后的物理学定律决定的。生命的遗传密码DNA、构成生命的基本元素碳以及生命中不可缺少的水都具有不可替代性。生命的产生似乎并不是偶然,它遵循必要的物理学原理,而这些原理具有普适性。生命既受制于这些古板而冷冰冰的物理学原理,又有其与生俱来的活力和多样性,这两个方面相辅相成,既让生命既焕发出活力与生机,又使其在有限的范围内繁衍,保持稳定性,从而实现了生命的长久发展。

作者简介:


查尔斯·科克尔(Charles S. Cockell),英国爱丁堡大学天体生物学教授,英国天体生物学中心主任。多年来,他致力于对恶劣条件下的生命特征、外星生物的宜居性,以及太空探索和移居等课题的研究。他曾在美国国家航空航天局和英国南极观测站工作,对北极和南极以及其他恶劣天气环境下的生命特征都有研究,发表过300多篇论文和多部著作。
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部分摘录:


只要在爱丁堡的梅多斯公园里走一走,大多数人都会确信地球上的生命简直是这个平淡无奇的世界里最独特的存在。成荫的绿树在风中沙沙作响;鸟儿在空中盘旋,古人震惊于这些比空气重的飞行机器是如此灵敏;地上有各种动物爬来爬去,小小的瓢虫落在游客的身上,宠物狗则在草地上追逐跳跃。

眼前的这幅景象让我不禁想起用最好的望远镜才能看到的天鹅绒般的黑色太空。星系发生碰撞,形成天体物理学尺度的暴力事件,而这些早已死去的星系所散发出的光芒几乎畅通无阻地穿越数十亿年的虚无,最终被我们采集成画面。在这个无限的巨大真空中,偶尔产生了一些恒星,它们的周围最终形成了行星。而在这样一颗行星上,游客们正在城堡外的草地上拍打着苍蝇。太阳不过是一颗在周围的稀薄空间里聚集了融合气体的球体,地球不过是它旁边的一颗行星,而地球上的拉布拉多犬却复杂到能够做出各种跳跃和奔跑动作。一边是掌管着星体旋转的简单物理学定律,一边是复杂的生命现象,还有什么比二者间的对比更加强烈的吗?

我曾经听一位杰出的天文学家说过,他很乐于研究恒星,因为恒星要比昆虫容易理解得多。[1]

望向外太空时,我们一定能从这种视角中找到价值和共鸣。即便大质量恒星的尺度令人望而生畏,我们也能从中感受到物理学定律的简洁性。恒星燃烧时会让气态元素发生聚变并释放能量,所以这些基本元素的原子质量会不断增长。氢是宇宙中最为丰富的元素,氢原子聚变就形成了氦。氦原子再形成碳原子,以此类推……[2]直到形成氧、氖、镁等电子层数依次增加的元素。元素的原子质量随着每一轮聚变产物的出现而增长。恒星的中心是铁元素,它无法再聚变成其他元素了。铁是原子聚变的最终阶段,这种相对简单的原子叠加过程形成了从恒星的表面到内核、一层比一层重的一系列元素。比铁更重的元素是通过其他方式形成的,比如恒星发生灾难性的能量爆炸过程,它预示着超新星的诞生。

恒星的元素就是以这种类似洋葱的形式排布的,其体积之庞大,直径可超过百万千米。与之相比,落在正在梅多斯公园里打瞌睡的游客的指甲盖上的瓢虫实在是小得可怜,体长只有区区7毫米。

这种小小的椭圆形瓢虫不过是栖息在地球上的众多昆虫中的一种。(我们目前尚不清楚地球上有多少种昆虫,其中已知的有100万种,尚未被发现的昆虫可能更多。)然而,这种低调的生物充满了复杂性。瓢虫由8个主要部分组成,其头部是独立的一部分,包含了它的口器;瓢虫用触角和眼睛来感知周围的世界,而触角也被看作是独立的一部分;它的头部后面一块坚硬的凸起叫前胸背板,可以保护头部免遭伤害;前胸背板后面就是胸部和腹部,也是翅膀和足所附着的身体部位;最后,这种复杂的机器还具有翅鞘,可以保护自己脆弱而精巧的飞行装置。

和恒星一样,瓢虫的每个特征也都是由物理学定律塑造出来的。翅膀所给予的飞行能力意味着瓢虫必须遵循空气动力学的定律,其他的飞行生物也是如此。说到腿,为什么瓢虫长的是腿而不是轮子呢?除了蛇和部分缺乏肢体的蜥蜴外,瓢虫与所有的陆地动物一样都演化出了腿,而不是轮子。这也是有其物理学原因的,毕竟腿在地球不甚规则的地形上还是有一定的行走优势的。而为了保护轻飘飘的翅膀,翅鞘必须具备坚硬材料所拥有的特征,比如耐磨性和柔韧性。

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tianlang
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这个人很懒,什么都没写

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