爱因斯坦曾说：“这个宇宙真正的不可思议之处，就在于它居然是可以被理解的。”
人类从远古时代就在思考和探索这个世界的秘密，纵观物理学的发展史，从亚里士多德首次使用“physics”到牛顿经典力学，再到量子力学和相对论，人类解锁的秘密越多，越感受到无力和迷茫。
已知的越多，未知的更多。
而就目前人类所能认知到的世界，「一黑两暗三起源」也许是宇宙的终极奥秘，也许是打开“潘多拉魔盒”的密钥。
什么是「一黑两暗三起源」？
指的是黑洞、暗物质、暗能量、宇宙起源、生命起源、意识起源，深入的理论问题我们不展开讨论，通俗易懂地跟大家分享一下其中的奥义。
黑洞，既熟悉又陌生的一个名词，每当提起黑洞，所能联想到的是一个漆黑到虚无的庞大“旋涡”。然而实际上黑洞并不是一个“洞”，而是一个超大质量的天体，连光都无法逃脱它的魔爪，只留下一片漆黑。
2022年5月12日发布了银河系中心黑洞的首张照片
黑洞的来历
根据爱因斯坦的广义相对论，物质会扭曲时空，而大质量恒星“死亡”后会不断坍缩成一个无限小的点——奇点。
奇点，真是一个神奇的点，它一旦形成就会被视界包围，成为宇宙里的“单行道”，只进不出，仿佛是一个填不满的洞穴。理论上只有超过光速才能摆脱它的吸引，但超过光速是不可能的，起码以目前的认知是不可能的。黑洞就是这样诞生的。
1916年，天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，如果一个静态球对称星体实际半径小于一个定值，其周围会产生奇异的现象，即存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。（简单理解就是这个界面内你无法从外部观测，因为连光都逃不出来）这个定值称作史瓦西半径，这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。
黑洞就像是在宇宙空间中打了一个“结”，时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱。
名词解释：
视界：一个事件刚好能被观察到的那个时空界面称为视界，黑洞内的情况，黑洞外无法看到，所以称黑洞的界面为一个视界。
时空曲率：广义相对论解释引力场，是物体弯曲了时空，造成的效果就是物质经过时会被“吸引”过去，大致上讲，物质密度越大的地方，曲率也就越大，“引力”就越大。
上图可以大致理解什么是时空曲率，实际上要复杂的多
黑洞的隐秘
而黑洞的神秘之处就在于，奇点在物理上似乎是不可能的，因为物质实际上不可能坍缩到无限小。但因为黑洞的视界，我们又根本无法了解黑洞内部的情况，也许那里蕴藏着宇宙的终极奥秘。
如今我们有能力用尖端技术对黑洞进行观测，却发现那些黑洞的尺寸完全不符合预期，要么太大要么太小，大质量恒星的坍缩是不可能形成这样的黑洞。
欧洲航天局（ESA）的科学主任金特·哈辛格说：“不同尺寸的黑洞依然是个谜。我们并不理解，在自宇宙存在以来的相对较短的时间内，超大质量黑洞是如何长到如此巨大的。”
关于黑洞的研究，人类才刚刚开始，还有太多谜题等待着我们去探索。
暗物质和暗能量许多朋友都听说过，宇宙中的可见物质仅占4.9%，而暗物质和暗能量要占据95.1%。（暗物质占26.8%、暗能量占68.3%）
暗物质和暗能量被誉为现代科学中的最大谜题，那到底什么是暗物质、暗能量？
1、暗物质
暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质。
科学家们在计算星系运动时发现，星系自己本身质量产生的引力根本无法将各个星体束缚在星系内部，从而推测出存在大量的“暗物质”，是他们的存在才将星系稳定的约束住。
简单可以这样理解，星系就像一架旋转木马，万有引力让每个“木马”固定在相应轨道上让他们不至于散架，而这个引力是由星系本身的质量决定的，但科学家发现我们可以观测到的星系质量远远低于产生这个引力的质量，那么必然还有大量我们没有发现的物质存在。
尽管暗物质尚未被直接探测到，但从星系旋转曲线与弥散速度分布、星系团观测、宇宙微波背景辐射、宇宙大尺度结构的形成等方面，已经有大量证据表明其大量存在于宇宙中。
星系旋转曲线，实际测量到的曲线和理论值差距过大
目前已知暗物质有这么几个特性：
（1）有质量，不发光，不参与电磁相互作用、不参与强相互作用，只参与引力相互作用。所以看不见摸不着，此时此刻可能成吨的暗物质正在穿过你的身体，但因为不会产生任何影响，所以你毫无感觉。
（2）高度稳定，早期宇宙中就产生了，宇宙的不同发展时期它都存在。
（3）运动速度远低于光速。
关于暗物质的研究，第一步是要发现“暗物质”，各国科学家都踊跃地参与到其中，遗憾的是到现在为止还未有丝毫发现。
（1）深地实验
探测器放置于极深的地下可以屏蔽宇宙射线等其他影响，美国的SuperCDMS实验，欧洲的EDELWEISS实验、XENON实验，以及中国的CDEX实验、PandaX实验等等。
（2）太空实验
探测器发射到太空中，去捕捉暗物质存在的信号，国际空间站的AMS实验、美国的Fermi卫星、中国的DAMPE卫星等等。
（3）对撞机实验
对撞机是研究粒子物理的最直接的工具。如果暗物质的质量在对撞机的能量范围内，且与标准模型粒子的相互作用足够强，那么在对撞机中就一定可以产生暗物质粒子。
关于暗物质的研究时间还比较短，虽然还未找到，但是一旦发现暗物质必将是里程碑的时刻，将开启宇宙研究的新大门。
2、暗能量
提到暗物质就不得不提到暗能量，暗物质让星系得以紧密收缩，而暗能量则主导着宇宙膨胀，由于暗能量占据着主导力量，因此宇宙还在加速膨胀，这是如今天文学界的普遍共识。
当我们知道了宇宙大爆炸后空间开始不断膨胀，按照我们以往的理解这种膨胀速度应该会逐渐减慢，随着引力作用转为收缩，但随着研究深入，我们惊人的发现宇宙在加速膨胀，发现这一现象的科学家们因此在2011年获得了诺贝尔物理学奖。
而支持宇宙膨胀需要巨大的能量，我们能观测到的能量，只占能让宇宙加速膨胀的能量和31%。剩下的69%我们找不到，为了解释这种宇宙尺度的排斥力，提出了暗能量这一假说。
暗能量的隐秘
暗能量与暗物质相比显得更加奇特，因为它只有物质的作用效应而不具备物质的基本特征。
连物质都算不上，所以只能称为“能量”。
通过哈勃望远镜，我们能观测到宇宙90亿光年之外，也就能了解宇宙90亿年前的信息，观测数据表明，暗能量在这之前就已经存在。
霍普金斯大学教授阿德姆瑞斯展示暗能量的场景：
宇宙大爆炸后，经过一段时间的极速膨胀，物质和暗物质的引力使得膨胀速度减慢，然而90亿年之前，“暗能量”的出现抵消了引力作用，这种能量在50亿-60亿年前超越了引力，使得宇宙从减速膨胀转向加速膨胀。
因为“暗能量”的存在，我们正在与其他星系的距离越来越远，这种远离速度还在加快，最终我们将看不到他们，成为“宇宙孤岛”。
按照科学家计算，在最悲观的情况下，暗能量最终会撕裂整个宇宙，所有物质都将被撕碎。
大撕裂末日理论：167亿年后，在世界末日来临的前两个月，地球将从太阳系剥离，在此5天之前月球脱离地球引力束缚。在时间终止前28分钟，太阳将被摧毁，在时间终止前16分钟，地球将爆炸。
从宇宙学的角度讲，暗能量直接决定了宇宙今后的命运，对我们研究晚期宇宙的演化有极其重要的影响。
宇宙起源关于宇宙的诞生，目前接受度最高的理论就是“宇宙大爆炸理论”。
上文介绍暗物质和暗能量，也提到了这一理论基础。
宇宙大爆炸理论
130 多亿年前的宇宙只是一个致密的几何奇点。突然就这么爆炸了，时间、空间诞生并开始扩散，在万有引力的作用下，天体、星系开始逐渐形成，像极了盘古开天辟地。
这看似天马行空的理论是如何被佐证的呢？
证据一
1929年，美国天文学家哈勃通过天文观测，发现所有星系都在远离我们，并且离我们越远的星系，远离我们的速度越快，宇宙越来越大，倒推回去宇宙一开始应该很小，所以“大爆炸理论”符合实际观测规律。
天文学家哈勃
证据二
宇宙微波背景辐射是从宇宙深处传来的早期宇宙的信息，因为宇宙大爆炸早期的信息应当已经随着膨胀来到了宇宙边缘。由于宇宙在膨胀，微波背景辐射的信号源也就是宇宙边缘，是在飞速远离我们的。因此我们接收到的，来自宇宙边缘的信号应当是存在「多普勒红移」的。这些信号经过计算，它们的原频率很高，反推出来，宇宙早期确实是处在能量密度很高的状态，这也和宇宙大爆炸理论非常吻合。
名词解释：当光源远离观测者运动时，观测者观察到的电磁波谱会发生红移
宇宙微波背景辐射全天图
宇宙大爆炸理论只是目前我们对于宇宙起源的一个重要猜想，我们目前通过天文观测结果推测宇宙最早的事件就是“暴胀时期”。
暴胀场
简单来说，在宇宙的最早阶段存在过一种具有真空能的物质——暴胀场。它的能量密度不被宇宙膨胀所稀释，由此造成了宇宙的剧烈指数膨胀（暴胀），同时也让自身的总能量在暴胀期间急剧增多。
暴胀场的场值移动至真空附近时，暴胀结束。暴胀场开始把暴胀期间积攒的能量传递给其他物质场，这相当于暴胀场的粒子衰变为一堆高温的常规粒子，物质就此起源，而这些高温粒子逐渐冷却成为构成了今天的宇宙。
今天宇宙中的10的55次平方kg的物质，绝大多数是暴胀后产生的，只有大约10的负23次方kg的物质是暴胀前就存在的。
但是暴胀之前的宇宙，我们无从知晓，关于宇宙的起源还有更多奥秘等待我们解开。
生命起源关于生命起源，我们目前研究的例证只有地球上的生命，也就是碳基生命。
无机物转变成有机物，这一过程并不复杂，实验室模拟原始地球的环境足以验证。比如我们在教科书上学到的——米勒-尤里实验。
米勒-尤里实验将水和甲烷、氨和氢混合，并在密封的玻璃装置内用人工闪电电击它们。几天之内，一种厚厚的有色物质在仪器的底部堆积起来，这些碎屑含有五种生物共有的基本分子。经过多年的修正，米勒声称发现了多达11种氨基酸。随后的工作改变了电火花、气体和仪器本身，又产生了大约12个氨基酸。2007年米勒去世后，他以前的学生重新检查了他最初的实验成果。即使在那个原始的实验中，也可能产生了多达20-25种氨基酸。
米勒-尤里实验示意图
当然地球生命的来源还有许多种说法，例如自然发生说、宇宙胚种说等，但不论是哪种说法，对于生命从有机物如何形成复杂构造的初级生命都是还是一个未解之谜。
天文学家和数学家弗雷德·霍伊尔说：氨基酸分子也许可以自发产生，但100个氨基酸能分毫不差地排序，形成一个蛋白质分子的概率只有10的65次方分之一；而一个阿米巴变形虫由2000个蛋白质分子组成，自然出现的概率低至10的4万次方分之一。
生命的基本构成是DNA和蛋白质，诞生一个最简单的真核生物远比我们想象的复杂。
分子生物学家威尔斯做过这样一个比喻：真核生物的复杂度如同一台笔记本电脑，原核生物类似一部智能手机，而细菌就好像拥有多个机器人和控制中心的汽车工厂！
真核细胞结构
大小只有一个针尖的DNA，存储的信息是一个40GB的U盘容量的1亿倍！如果把这些信息全部打印到平装书上，再将这些书摞起来，高度相当于地球和月亮距离的500倍！
DNA本身并不复杂，是由四种不同的核苷酸相联而形成的长链。复杂的是DNA分子中这几种核苷酸排列的顺序（Sequence）。DNA正是借着这四种核苷酸的不同排列顺序，产生了不同的基因，并由此产生不同的蛋白质及其他生命所必须的化合物，进而发展出不同的生物性状。
1967年诺贝尔化学奖获得者爱根博士说过，一个含有221的核苷酸的分子，其复杂程度的数学量等于这些核苷酸所能形成的不同排列的总和，一共是4221（4的221次方）或者是10133（10的133次方）」，而「10105个这样的分子就足以充满整个宇宙」！这10133次随机组合之中，只有一次组合是可以产生第一个生命的。这是什么意思呢？如果让这10105个分子随机组合，令组合的速率为每秒一万次（104），假设宇宙的年龄为三百亿年（1018秒），那么，从宇宙形成到现在，一共可以产生的组合方式是10127次（10105×1018×104），还不足以产生一个有正确核苷酸排列组合序列的DNA分子！
从无到有这个过程需要上亿年时间，而生物体型变大一分为二分裂时，又需要准确的复制机制，这个复制的准确性远超那些超级计算机，这又是一个伟大的发明。
难怪许多学者感叹，生命是如此伟大的创造！
生命的诞生是如此的困难，而像人类这样复杂的生命体，拥有39000个左右的基因，生命的诞生已经非常偶然了，进化出高等智慧生命更是难上加难，这也许正是我们仍未发现外星生命的原因之一。
意识起源上文提到宇宙诞生和生命起源，尚能在科学范畴内理解，但提到意识的起源，难免让人觉得玄而又玄。
意识使波函数坍缩？可什么才是意识呢？这是被哲学家讨论得最多的问题之一，科学家在这方面却鲜有建树。
可以肯定的是，意识不是一种具体物质的实在，解刨开大脑，我们看不到任何“意识”的存在。
那么问题又来了，从单细胞生物到人类，又是如何诞生了意识？
关于意识的产生有两种观点：
一元论：构成人的物质复杂和巧妙到一定程度就产生意识。
二元论：人体本身不能产生意识，意识是附加的。
人类的大脑具备复杂的功能，可以让人进行交流，但具体哪部分产生意识众说纷纭，有人说是中脑和丘脑的，有人认为是网状体或者海马体的，还有人认为，大脑左半球才可以称得上有意识，而右半球则是自动机。
抛开意识的载体，我们来讨论一下意识的本质是什么呢？
什么叫意识？有人说“我知道”不是意识，“我知道我的知道”才是意识。
生命能够感知外界，进而根据环境进行响应和行动，高级生命逐渐根据行动的结果，进化出“自我”的概念，认为有一个“我”能够主导和负责这种感知和行动，也能够决定怎么感知和行动。这就有了意识。
意识的复杂性不光在于“自我”，还有“他我”，人不仅认为自己有意识，也认为别人有意识，会代入地为别人考虑，感同身受。
正如康德说的：世上有两样东西最值得惊叹和敬畏，头顶的星空和心中的道德律令。
关于意识的探索，人类还知之甚少，甚至无从下手，我们猜想意识是否就是灵魂？是否是更高维度的存在？甚至试图用量子纠缠和叠加原理来解释为什么意识的产生具有高度随机性，但这一切都还需要继续探索。
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