關於作者
大衛·克里斯蒂安，歷史學家，任教於澳大利亞麥考瑞大學。20世紀80年代以來開設大歷史課程，綜合物理、生物、化學和地理等學科，講述從宇宙誕生到全球化時代的歷史。2011年，憑藉自己的 TED 演講贏得了更多的關注。
關於本書
這本書是作者多年來研究成果的總結，整合了多門學科的龐雜知識，從能量和信息的突破時刻來標記宇宙和人類的歷史。比爾·蓋茨在推薦語中說，它綜合了自然科學和歷史，把理論和事實依據巧妙地編織起來，十分具有啟發性和可讀性。
第一部分
我們先來分享第一個重點內容：在宇宙形成初期，能量是怎麼推動物質形成的。在能量的支配下，宇宙中形成了物質，出現了恆星與星系，然後有了原子和分子，再往後出現了我們的地球和月球。
物質是什麼呢？現在的科學家們認為，物質就是能量的一種形式，不過是被高度壓縮過的形式。大多數科學家都認可宇宙起源於大爆炸的說法，大爆炸後，宇宙的溫度非常高，變成充滿能量的海洋。在溫度下降的過程中，能量又轉化為四種不同形式，就是今天所說的四種基本作用力：引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用。我們主要說說引力和電磁力：引力把茫茫宇宙中的物質聚在一起，形成天體；而電磁力安排電子和原子核的配對關係，形成原子和分子。
星辰大海是怎麼來的呢？這個過程要歸功於引力。引力把宇宙中大量原子吸引到一起，這時候原子們覺得很擁擠，就會很煩躁，就像高峰期的地鐵車廂。車廂裡溫度上升，情況變得很不穩定。原子的核心，也就是質子，再也留不住自己身邊的電子，電子就開始體會“放縱”的滋味。而電子放縱起來，又吸引到很多其他的粒子，結果就是溫度和密度都越來越高。當溫度超過1000萬攝氏度時，質子們再也無法忍受了，放棄了“紅杏出牆”的電子，寧願自己組成一對兒。當質子和質子結合在一起變成氦原子核，會失去一丁點質量，爆發出驚人的能量。這片空間中的巨大能量就像一座燃燒的熔爐，而且還在不斷擴張。擴張的力量對抗著引力，這就是宇宙的第一顆恆星。某一片空間中的恆星越來越多，就形成了星系。最終，就出現了星辰大海。
再來說說電磁力的功勞。在分子的形成過程中，要大大仰仗電磁力。我們知道，電子在不同的軌道上圍繞質子轉動，每個電子都更喜歡靠近質子的軌道，因為最近的軌道是最省力的。不過質子身邊的空間是有限的，呆在外層的電子很不安分，看到別的質子身邊有位置，就會投懷送抱。但是電子這一走，原來的位置就空出來了，電磁力會安排有多餘電子的原子過來，填補空位。有時候，電磁力會讓兩個原子核共享外層電子，像氫原子和氧原子就是這麼形成水分子的。分子就是原子們各取所需、皆大歡喜的結果。
有這麼多分子後，宇宙中就有了冰，有了土，有了金屬。這些東西形成了圍繞恆星的行星，和行星自己的衛星，也就是我們的地球和月球。
原書裡用很長的篇幅，講述了宇宙中很多原子和分子的形成過程，這裡不再多說。從這個過程裡我們能看出來，從物質誕生，到恆星與星系的形成，再到原子和分子出現，最後形成我們現在的地球和月球，能量都扮演了極其重要的角色。在地球與人類的歷史中，我們還將看到這一主旨，貫穿始終。
第二部分
說完了宇宙起源，接下來我們把目光聚焦到地球上。第二個重點內容要回答的是：地球具備了哪些概率極小的必備條件，才孕育出生命？生命又是怎麼從多次滅絕的危機中存活下來的？
我們都知道，生命需要不斷地從周圍環境中獲取能量，並且對抗混亂無序。對於生命來說，信息與能量同等重要，因為生命是一個複雜調節系統。說它複雜，是因為它有很多組成部分，每個部分都有自己的意志；說它是調節系統，是說每個部分會根據彼此的狀態來調節自己，實現分工協作。那麼，組成部分之間要怎麼知道彼此的狀態呢？這裡就需要信息交流。信息，減少了不確定性，抵抗著混亂無序。
我們就來看看，地球具備了什麼條件才能誕生生命。
生命的誕生其實是一個化學實驗過程，必須在大量實驗基礎上才能成功。首先，太陽系與銀河系中心的距離剛剛好，地球與太陽的距離也剛剛好。這個距離既保證了安全穩定，也保證了合適的溫度和壓力。然後地球也有適合化學反應的液體。為什麼液體很重要呢？因為在氣體中，原子們都太飄逸了，沒辦法讓它們好好相處；在固體中，原子們又太呆滯了，根本不會互相交流。只有在液體中，原子們才能自由自在地結合，創造出其他原子和分子。最後，地球上還有足夠多的實驗原料，像氫、氦、碳、金屬等元素，非常豐富，相比其他星球簡直是化學寶庫。在這些條件下，一些生命必備的簡單小分子就形成了，比如構成蛋白質的氨基酸，承載著基因信息的核苷酸，儲存能量的碳水化合物等等。
當然，這些小分子還不足以形成生命，還需要更復雜的大分子鏈才行。地球的海底裂縫，具備了形成大分子鏈的苛刻條件。這些裂縫遠離地球表面的太陽射線，還有地底噴出的豐富化學物質，溫度也適宜，更不用說到處都是適合實驗的液態水了。在漫長歲月中，這些小分子嘗試了無數種組合，終於形成了生命需要的大分子鏈。
那具備了這些條件後，生命是怎麼誕生的呢？有這麼幾個必備要素：一個是細胞膜，一個是新陳代謝，還有一個是自我複製。細胞膜能給細胞提供重要的保護，保證細胞結構。自從有了細胞膜，就有了最原始的原核生物。新陳代謝機制能消耗能量，維持生物的生存。而自我複製的能力，讓原核生物開始繁衍生息，不再把自己的生活侷限在海底裂縫中，而是在整個海洋中暢遊，這一切發生在大概38億年前。
這僅僅是一個開始。生命誕生後，還有差不多40億年的歷程，才有了今天的我們。在這40億年裡，地球上發生過很多次生物滅絕事件，無論哪一步走錯了，生命就不復存在了。像25億年前，發生過氧氣大屠殺，7億年前可能發生過彗星撞地球，後來又發生了好幾次原因不明的生物滅絕。那麼，地球上的生命，是怎麼逃過40億年裡不止一次的劫難的呢？
對於生命來說，最大的劫難肯定是來自宇宙的巨大力量，比如彗星撞擊。不過這算是小概率事件，除此之外，最大的威脅就是地球自身氣候的突然變化。生物大滅絕大多因為溫室氣體和氧氣交替控制了地球的溫度。溫室氣體太多，生物會熱死；氧氣太多，氣溫太低，生物又會凍死。只有兩者平衡，溫度才適合生存繁衍。要維持兩者的平衡，離不開地球的兩個調節系統：也就是地理系統和生態系統。
首先是地理系統的碳循環，就像空調一樣自動調節著地球溫度。地球上的溫度是由兩種熱量決定的：一種來自太陽，另一種來自地球深處，而大氣層決定了多少熱量會留在地球表面，又有多少會消散到宇宙中去。其中最關鍵的是我們今天熟悉的溫室氣體，比如二氧化碳和甲烷。
碳循環是一個什麼樣的過程呢？首先，溫室氣體在降水中溶解為碳酸，大量碳元素隨著水流進入海洋，一部分跟隨板塊運動沉入地球深處。接著，板塊運動造成的火山噴發，又會把碳帶到地表。如果溫室氣體多了，溫度變高，降水就會增多；如果溫室氣體不夠，降水會變少，碳元素就不會大量流失到地球深處，火山也會慢慢補充一些溫室氣體。這一過程就是碳循環。有了碳循環，大氣中的溫室氣體就不會越來越多，而是處在動態平衡中。溫室氣體穩定了，地球上的溫度也就穩定了。
這只是第一個調節系統，是純粹地理的。第二個調節系統來自生物圈，生物們也在幫助平衡溫室氣體和氧氣。
氧氣對於人類生命不可或缺，但對於習慣了無氧環境的生物來說，氧氣是有毒的。35億年前，原核生物學會了光合作用。光合作用把太陽變成了取之不盡、用之不竭的能量寶庫，這對整個地球生物來說，本來是一件劃時代的大好事。然而，藍綠藻的光合作用又把水和二氧化碳，變成了碳水化合物和氧氣，氧氣在25億年前並不是什麼好東西，它帶來了生物圈的第一次大劫難：也就是氧氣大屠殺。
大量原核生物就這麼滅絕了，剩下的一部分趕緊又縮回到海底環境中去。不僅如此，地球溫度也改變了。因為光合作用消耗了二氧化碳，生成的氧氣也破壞了甲烷，這樣一來，溫室氣體就急速減少，地球急速降溫，冰川從兩極一直漂到赤道。生物們只能瑟瑟發抖，聚集在海底火山口，靠著地球深處的熱量來取暖。
不過，這些海上的大面積冰川，遮蓋了陽光，也中止了光合作用，而海底火山一直在貢獻溫室氣體，就這樣，經過一段時間，大氣中的氧氣含量下降了許多，溫室氣體又開始保護地球生物了。生物們僥倖逃過一劫。
這樣畢竟不是長久之計，因為地理調節系統實在過於緩慢，生物們不能永遠走鋼絲。於是，生物圈的第一位英雄站了出來，那就是真核生物。真核生物有什麼偉大之處呢？它們終於可以吸收氧氣，不會中毒了。真核生物利用呼吸作用，產生二氧化碳、水和能量。這就平衡了地球上的氧氣和溫室氣體，讓地球氣溫穩定下來，為接下來的十億年，創造了穩定的氣候環境。
第三部分
接下來是我們要講的第三個重點內容，人類是唯一能夠改變地球的物種，那人類是怎麼做到的？
人類誕生至今只有10萬年，卻已經開始改變生物圈，從來沒有單一物種能做到這一點。人類為什麼能在短時間內做到呢？還是要說到兩大關鍵詞，能量和信息。人類能利用的大量能量，來源於農業社會和工業社會。
人類最初的主要生存方式是遊獵，寒冷的冰川期過去後，氣候逐漸轉暖，人類跨越了又一道門檻，進入了農業時代。為什麼農業時代是一道門檻呢？因為農業打開了一座能量寶庫。以前的遊獵部落，只從野生動物身上獲取能量。有了農業之後，農作物通過光合作用得到能量，人吃掉這些食物，就等於從光合作用中獲得了能量。不僅如此，人還學會了馴養動物，把野生的變成家養的。人吃掉這些家養動物，也等於間接從光合作用中獲得能量。在同樣面積的土地上，農業養活的人更多。在遊獵社會中，每平方公里只能養活0.2-0.3個人，也就是四五平方公里才能養活一個人。農業使人們在每平方公里內能養活20到30人，是遊獵的100倍。
社會網絡和社會結構都因為農業而變得更復雜了。社群裡人一多，就可能出現紛爭，就要有解決紛爭的權威人士，這就是等級制和領袖的起源。農業生產也帶來了剩餘財富，剩餘財富多了之後，有一部分人可以不必參與農業生產，有條件從事別的工作，這就出現了勞動分工。古代社會的專業分工程度，取決於農民能生產多少剩餘食物。在大多數農業社會，10個農民供養1個不用勞動的人。這種少數人從多數人身上汲取資源的模式，就是國家的雛形。
對於每個國家來說，最重要的就是汲取資源的能力。如何汲取更多的資源呢？古代統治者主要有三種方法：第一是擴大生產，提高生產力；第二是提高稅率，收更多的稅；第三是最常見的，就是發動對外戰爭。除了汲取資源，獲取信息也是維持國家運轉的重要條件。
古代的每一個農業大國，都十分重視文書工作，因為要經常做人口普查，還要詳細記錄歷史。為了把信息傳遞到帝國的每個角落，還必須修建四通八達的道路。不過，隨著人類社會的複雜程度提高，維持基礎設施和國家機器，就要支付更高的代價。雖然2000年前的人類，比起冰川期末期，大部分人的生活水平並沒有太大改變，但是，他們所消耗的能量總量增長了7倍。這增長的能量，一小部分是統治階級享受的奢華生活，其餘大部分都是複雜社會為了維持運轉消耗掉的。
近代科技誕生後，科技又幫助人類獲取了更多能量。比如瓦特的蒸汽機大大提高了從化石燃料獲得能量的效率，把人類帶進了工業時代。化石燃料蘊含著億萬年積累下來的光合作用的能量。從冰川期末期到農業社會，能量增長了7倍；而在過去的200年裡，從農業社會到工業社會，能量增長了21倍。能量越來越便宜，這就鼓勵了更多的商業和技術創新。我們有了鐵路運輸，有了汽車，有了電。
學者們認為，人類已經進入“人類世”，意思就是“人類的世代”。這是人類歷程最重要的一道門檻。在有生命記載的40億年裡，這是唯一一個單獨物種擁有力量，能主導地球上的重要變化。這種變化有好的一面，比如人類社會的經濟在二戰後飛速發展，全球衛生條件得到了極大改善，人均壽命大大延長，人們的思想觀念也在進步。同時，變化也有不好的一面，人類使用化石燃料，增加了溫室氣體，打破了原來的碳循環。再比如物種滅絕速度在加快，最近一百年的滅絕速度比過去百萬年間加快了幾百倍。
人類是怎麼做到主導地球的呢？因為人類有優勢，能夠最大限度地利用能量和信息，把其他物種遠遠拋在後面。人類的這種優勢，表現在兩個方面，一個是大腦構造，另一個是集體學習。我們先來看看大腦構造。
我們都知道，人類相比其他哺乳動物，最大的優勢就是一個發達的大腦。大腦新皮質，位於腦半球的頂層，負責一些高級功能，比如知覺、空間感和語言。新皮質越大，就越智能。一般哺乳動物的新皮質佔大腦的10%到40%，靈長類佔一半以上，而人類能佔到80%。
這當然是生物演化大趨勢的結果。生物想要適應環境，就必須從環境中獲取更多的信息。獲取信息靠的是感知環境的神經細胞。當信息量越來越大，就必須有個專門的信息處理器，因此，更多的細胞匯聚起來，形成了大腦。
有腦生物是生物演化過程中的一次飛躍。要知道，一般生物供養不起大腦。大腦因為細胞多，消耗的能量也非常多，是肌肉組織消耗的20倍。比如，有一種海洋動物，為了找到一片適合生殖繁衍的海域，需要大腦來導航。一旦它們找到了這片生活樂土，就會吃掉自己的腦子。哪怕是人類，作為哺乳動物的一員，大部分時間裡，都是讓情緒或習慣做主的，只在並不急迫的穩定環境下、有充足能量的時候，才會動用理性。
人類的厲害之處，不僅僅在於一個發達的大腦，更重要的是：分享信息。這就是人類優勢的另一個方面，集體學習。人類會互相交流，會把一個人的信息，變成大家共享的信息。一個人的能力有限，但與他人合作，就會變得更加強大，因為掌握更多的信息，就意味著能獲取更多的能量和資源。
從古至今，人類大腦組織沒發生太大的變化，但是記憶能代代積累，學習能力也與日俱增，這個過程就是“集體學習”。能夠集體學習的物種在競爭中活了下來。因為遠古時期，除了我們的智人祖先，還有一些其他種類的人類，同時生存在地球上，競爭著有限的生存資源，其中就包括著名的尼安德特人。集體學習需要語言能力，因為大家要相互交換信息。最終，只有智人，率先跨越了語言能力這個難關，通過集體學習，在競爭中脫穎而出。
最後來分享一點我的感想。能量就像是水，水能載舟，亦能覆舟。掌握了巨大能量的人類，未來該何去何從，也是需要我們認真思考的問題。畢竟對於整個宇宙來說，人類還太年輕了。實際上，我們的宇宙也還算年輕，充滿了活力，不過，“未知生，焉知死”，不瞭解起源故事，又如何面對未來呢？希望這部科學版的起源故事，可以帶給你更多的啟發。
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