科学的科普（2） 物质进化和学科鄙视链

张武昌 2024年5月24日星期五

免责声明：此处鄙视链是学科特点比较的意思，不是情感方面的鄙视。由于学科复杂，本文为极简表达，不准确之处请各位自行更正。

上一讲我们介绍了学科的划分，这一讲比较一下各个学科的特征。比较各个学科有多种方法，此处我们从研究客体的演化历史来切入。

物质进化

根据大爆炸理论，物质（存在状态）的进化（演化）过程是这样的。

138亿年（也有说267亿年）前，宇宙诞生之初，在极小的空间内汇聚了几乎无限的物质和能量，它们是目前宇宙的物质和能量的总量，宇宙的最高温度是普朗克温度（宇宙大爆炸瞬间温度）1.416833×10^32℃（1.4乘以10的32次方度席）。

这些能量分散到所有的物质中，变成了动能，物质的温度开始降低。最初温度在数万亿摄氏度都是高温的等离子体，质子和电子不能结合，大爆炸后0.00001秒，温度降到了2万亿摄氏度质子和中子就诞生，在最初三分钟的时候，氕核（即一个质子）、氘核（一个质子和一个中子）、氚核（一个质子和两个中子）、氦核、锂核已经形成。

宇宙只有120,000岁时，温度终于足够低（多么低，不知道），原子核终于能捕获电子形成原子，氦原子就形成了。

当有两个或多个原子通过化学键连接的时候，就形成了一个分子。第一个形成的分子是氢化氦，这时的温度称为氢化氦温度。然后形成的第二个分子是氢分子。

这些分子尘埃弥散在空间，重力的作用使它们聚集在一起，巨大的势能转化成动能和热能，形成了恒星、黑洞、中子星。中子星的核心温度很可能达到60亿摄氏度，中子星的表面温度在1000万摄氏度以上。太阳核心温度突破1500万摄氏度，太阳表面温度大约在6000摄氏度左右。

恒星的诞生和爆炸性毁灭制造出各种原子量更大的元素，经过多轮的恒星爆炸，元素和分子聚合成混合物，混合物堆积，形成行星。

行星的温度范围很窄，在条件合适的行星（如地球）上，分子继续进化产生了越来越大分子量的分子，高分子，包括核酸、蛋白等。

终于有一天，生命产生了，一团物质被一层膜包裹与周围的环境分割开来，核酸被上帝吹了一口气，成了精了，它奴役着周围的分子为他服务，进行复制，这就是自我意识的产生。目前只能确认地球上有生命，地球年龄为45.5亿年，生命在38亿年开始出现。

细胞的堆叠最终产生了更为高级的生命形式，它们能通过大脑形成外界环境的图像，也就是第一代数字孪生，这就是（狭义的）意识的产生。

人类产生以后，生态学的一个分支——人类生态学最终升格命名为社会科学。

所有的物质都以电磁波的形式向外释放能量，低温的物体放射红外线，高温的物体放射可见光，再高温放射紫外线，再高温放射γ射线，这些电磁辐射（电磁波）的能量一个比一个大。能量又被其他物质吸收。物体的温度逐渐降低，生命最终会消失（消失原因不止温度降低）。

最终，宇宙的能量会平均分配到所有的物质中，宇宙无限接近绝对零度。在实验室中，人类取得最接近绝对零度的成果是将一个铑原子冷却到0.000000 0001开尔文，也就是高于-273.15摄氏度0.0000000001度。绝对零度依然只能出现在理论中，现实世界没有物质能够真正达到绝对零度。

宇宙如果以这种方式结局（还有其他可能的方式），还需要1000多亿年。

可见，物质在时间上和复杂程度上存在进化：最小粒子（弦理论、夸克）＞电子＞质子＞原子＞分子＞大分子（含生命）＞混合物＞星球＞星系星云＞星系团。

 学科鄙视链

现有的学科是以研究客体（物质）来进行划分的。

物理学是研究从最小的颗粒到星云宇宙的运动规律，

化学是研究原子和原子之间、原子和分子之间、分子之间相互作用的规律，最大的物质是生物大分子（蛋白，核酸），

地学是研究混合物的科学，是行星科学和物理学的小分支，

生物学是研究细胞内部的化学变化和生物个体之间的关系，

医学是研究人体内部的变化，属于生物学的特别分支，

社会科学是人类社会的关系。

所有的学科都是对物质的存在状态的定量。存在状态包括大小（体积大小质量大小和由此得来的密度大小）位置、温度、速度（根据位置随时间的变化而来）。温度的定义是物体分子热运动的剧烈程度。剧烈程度越高，物体的温度越高。反之，剧烈程度越低，物体的温度越低，当物体内部的分子全部静止时的温度就是温度的下限——绝对零度（-273.15摄氏度，又称0卡尔文）。

各个物质都存在于能量谱、时间谱和空间谱的不同位置上。

物理学研究的温度范围为绝对零度到普朗克温度，化学研究的温度为绝对零度到氢化氦温度，生物学研究的温度是正负100度，医学研究的温度为正负50度，社会学研究的温度为零下20度到零上40度。

物理学研究的时间为138亿年加1000亿年=1138亿年，化学的时间为物理时间减去12万年（分子产生的时间），生物学的时间为38亿年+？？？，社会科学的时间为5000年+？？。

宇宙的空间是以光年来计算的，目前没有找到宇宙的边界，由于空间的膨胀，可观测宇宙的半径为465亿光年。在这么大的宇宙体积中，大部分质量位于恒星之中，以太阳系为例，太阳在太阳系中质量占比为99.86%。物理学研究的空间为全部宇宙空间，化学研究的空间为恒星以外的空间，生物学研究的空间为少数行星（目前只有地球），社会科学研究的空间为地球。

所以从各个学科研究客体的能量、空间、时间来比较（即学科的基础性和适用广度），鄙视链为物理学鄙视化学鄙视生物学鄙视社会学。根据其他的指标会出现不同的鄙视链，如果以人为中心，医学和社会学就是最高等的。从分子进化的角度看，意识和大分子无疑是高等一些。 等等、等等。

下一讲，我们谈谈科学的诞生和李约瑟之问。