现在的人们普遍认为，人类文明的历程从使用工具的那一天起就开始了。文化的积淀就伴随着这一过程。在那之前，自然界经历了一个十分漫长的演化历程。在我们的内心，始终坚守着一个信念，在这个信念的支配下，科学和技术不遗余力地描述和刻画这个演化历程。在这个过程中，也丰富和充实了人类的思想和情感，使之能够持之以恒。科学是技术的支撑，反过来，技术又为科学的提升准备了充分的资料、感觉和经验。
在这一章，我们追溯的不仅仅是人类的过去和生命的过去，在一定程度上，我们还必须追溯到宇宙的过去。那是一个十分渺茫又能充分发挥个人想象力的空间。我们将宇宙、太阳系、地球、生命和人类相继演化的历史称为自然史。自然史的概念是人类的思维进化到一定阶段的产物，是在文明的历史中浮现出来的，是所有历史中最悠久的历史，也是在可见的将来最漫无边际的历史。
在大的时空范围内，它是我们的想象力所能到达的最遥远的地方。文明史的发展受此制约，人类文明的历程也随之而丰富多彩。不管我们是否意识到或感觉到，人类文明的历史仅仅是自然演化序列中一个七彩的音符。
从根本上说，在浩瀚的宇宙中，人类是孤独而无助的。也难怪中国唐朝的诗人陈子昂那么悲伤：“前不见古人，后不见来者，念天地之悠悠，独怆然而涕下。”你听他那天下午站在古幽州台上，凝视着东逝的河水而发出的慨叹有多么深刻。
自然的演化不过是时间序列的一种表达形式而已。时光的背影从来就没有真正眷顾过谁，今后也不会的。因此，我们完全可以用一种相对平静和淡然的心来面对过去，也可以用同样的心情迎接未来。
假如时间能够倒流，让我们看看在我们之前都发生了些什么。今天，即使是一个只受过初等教育的人都知道，在人类存在之前，有知觉的生命已经存在了几亿年，在它们出现之前，地球已经存在了几十亿年，在地球形成之前，宇宙已经存在了几百亿年。因此，自然演化的时间顺序就是：宇宙→地球→生命→人类，我们的故事也就按照这个顺序展开。
一、宇宙的起源与演化
望远镜拓宽了人类的视野，将我们引领到了宇宙的纵深，将我们想象的空间变成了可以把握的几何形体。我们知道，地球是一个略微有些扁的球体，那是因为地球在绕轴自转时将其表面甩出去了一些。地球南北两极方向的半径比赤道半径（6378公里）约短21公里。
地球自转的周期就是我们的1天。除自转之外，地球还同太阳系其他行星一起绕太阳公转。地球公转的轨道是一个椭圆，其轨道半径约有1．5亿公里，公转的平均速度为每秒约30公里。以我们有限的眼光看，地球完全是一个庞然大物，它的质量约有6×1024公斤，即60万亿亿吨。这已经非常非常巨大了。即使是在今天，一般的平民百姓也只是去过它的很少的地方，而在我们一生的大部分时间里，只是在它的非常有限的地方生活。
地球仅仅是太阳系家族中的一名成员。太阳系以太阳为核心，九大行星绕太阳转动，按轨道半径从小到大分别是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。除水星和金星外，其他行星都有卫星，比如，月亮就是地球的卫星。此外，在火星和木星轨道之间还有许多小行星。
几乎所有行星都在大致同一平面上绕太阳公转，地球绕太阳公转一周是1年，水星的公转周期是88天，金星是225天，火星则要687天。除了行星、小行星和各行星的卫星之外，太阳系中还有大量的彗星和流星体。如果以九大行星为主体，太阳系的半径则不到地球与太阳之间距离（所谓的天文单位）的50倍，如果把非常遥远的彗星云也算作太阳系的领域，则可以一下子扩展到十几万个天文单位。
我们的世界好像已经很大了，但相对于整个宇宙，太阳系依然是微不足道的。像太阳这样本身发光的天体就叫做恒星，以区分那些自身不发光而靠反射恒星发光的行星。在地球的周边，晴朗的夜晚，我们能看到天空中有一条银色的河，那就是我们的银河系。它们是大量恒星的聚集体，由此构成了我们最熟悉的星系。
在空间大小和形状方面，银河系就像一个透镜，中间厚、两边簿，其直径约为8万光年。在天文学中，光年是长度距离的单位。据我们所知，光是运动速度最快的物质，光速大约为每秒30万公里，它1年所走过的距离是9．46万亿公里（所谓的1光年）。可见，1光年是非常遥远的距离，而银河系的直径居然有8万光年。太阳离银河系的中心银核很近，但并不处在中心。像太阳这样的恒星，银河系里差不多有2000亿颗。这就是天文学所涉及到的空间跨度。
银河系还只是宇宙的一小部分，在银河系之外，还有许多像银河系这样规模的星系。天文学家发现，若以银河系为中心，方圆300万光年之内，大约有40个与银河系一样的星系，这些星系就构成了所谓的“本星系群”。
本星系群松散地联系着。不像银河系那样，形成一个核心，所有的一切都围绕着这个核心而构造着。不过，在本星系群这样的尺度上，的确存在一些向中心聚集的星系群，叫做星系团。而且，星系团和星系群又在更高的一层上构成了本超星系团，它之所以叫做本超星系团，因为它包括了本星系群，而本星系群包括了我们的银河系。本超星系团的尺度大约在3亿光年。
迄今为止，我们所知道的宇宙大小并不以此为界。事实上，天文学家在本超星系团之外还发现了其他星系，他们推测，我们宇宙的空间尺度大约在200亿光年的量级。
也许有人会问，200亿光年之外又是什么？作为空间和时间的一种表达方式，宇宙是有限的吗？对于我们有限的知识来说，能够做出回答的可能就是数学模型了。我不知道这是人类认识的有限性还是聪明才智的绝妙表达。
生命是一个过程，演化是必然的结果。宇宙亦不例外。下面让我们根据天文学的最近理论，来考察一下宇宙的起源、结构和演化的一般情况。
根据当今比较认可的大爆炸宇宙学理论，我们的宇宙是在大约200亿年前的一次大爆炸中诞生的。这个理论基于这样一个事实，即几乎所有星系都以很高的速度相互逃离。这意味着整个宇宙都在膨胀着，这种膨胀是没有中心的，从任何一点看，都可以发现四周的天体正远离我们而去，这就像一个正在充气的气球，表面上任何一点都会发现别的点正离它而去。而且，有意思的是，距离越远，退行速度越大。
对宇宙大爆炸理论的探究必然导致一个问题，如果我们逆着时间的方向往回追溯，那么，我们会发现这样一个事实，即越往前走，宇宙会越小，到时间之初，宇宙就只剩下一个点了，那个点之前是什么？宇宙为什么会发生如此壮观的膨胀呢？
天文学家设想，我们的宇宙是从一个温度无限高、体积无限小、质量无限大的奇点发生大爆炸而开始膨胀的。时间和空间正是在大爆炸中才产生的，在那个点之前，似乎毋须考虑得太多。因为在没有时间的前提下，一切都无从谈起。虽然这是一个有趣的回答。但这一回答肯定不会令人满意，甚至还有些武断。这样的答案也隐约从一个侧面折射出了人类认识世界的有限性。
还有人提出了另一种模型，即有无限多个星系向无限的距离膨胀，如果真是这样，就不存在什么起点问题了。但是，天文望远镜对遥远星系运动情况的观测发现，星系距离我们越远，退行速度越大，这样看来，无限遥远的天体将有无限大的退行速度，而这是不可思议的。
因为爱因斯坦的相对论告诉我们，物体运动的极限速度是光速。如果爱因斯坦的理论没错，宇宙的范围事实上已经被限定了。也就是说，可见宇宙的边缘就在其退行速度为光速的地方，大概是200亿光年。
所有的天文学理论都依赖于天文观测，而所有的天文观测都只是观测到光信号或以光速传播的其他电磁波。在天文学中，空间的大小同时意味着时间的大小。我们每看到一样东西，都不是这个东西现在的样子，而是它当初的样子。这个东西离我们越远，则我们看到的就是它越早的样子。如果200亿光年那样遥远的地方也能被我们追踪，那我们看到的就是200亿年前所发生的事情。
大爆炸宇宙理论表明，在最初的3分钟内，宇宙在大爆炸中诞生，温度由无穷高温降到了10亿度，基本粒子已经形成，并开始形成原子核。此后再经过40万年，温度降到4000度，宇宙由辐射状态变为物质状态，与物质脱离后的辐射慢慢形成了宇宙背景辐射，这种背景辐射已被天文学家观测到了。
再经过约2亿年，星系开始形成。也许再经过几亿年，星际物质在引力作用下逐渐收缩为球状星云，在收缩的过程中，温度逐步升高，内部压力增大与引力对抗，于是星云内部发生核反应成为恒星。
天文学家已经相当清楚地了解到，几乎所有恒星都要先后经过主序星阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。在主序星阶段，核反应产生的巨大能量顶住了引力收缩，使恒星的表面温度升高并向外发射可见光。当大部分氢在核反应中变成氦之后，核能量变小，恒星再度收缩，这就是红巨星阶段。当恒星收缩到一定程度时，中心温度升高又引发了核聚变反应，再度顶住了引力收缩，这一过程持续约10亿年，核反应逐步停止，恒星进入晚期和临终阶段。
我们已经比较确切地知道，太阳系大约是在50亿年前形成的。目前，太阳正处在主序星阶段的后期，也就是说，它内部的氢燃料已燃烧了约50亿年，即将进入红巨星阶段。地球差不多是与太阳同时开始形成的，由于重力的作用、碰撞、放射性衰变放热，使原始地球物质逐步收缩，重物质沉下去，轻物质浮上来，最后形成今日的地壳、地幔和地核的分层结构。
二、地球的演化
今天，依靠尖端技术和现代仪器，我们在遥远的宇宙空间找到了很多类似于涡状星云的旋转天体，这些天空中灿烂辉煌的螺旋状物质云看起来在围绕着一个中心旋转。由此推测，太阳及其所属行星在50亿年前大概就是照此类方式旋转的一个旋涡状天体，它是一团释放着巨大光芒和热力的物质云。在走过了漫漫长夜之后，经过了一次又一次的凝结，直到大约40亿年前，太阳系的轮廓才初步形成。
那是一个原始的火滋生蔓延的时代，那是一个公转和自转速度极快的世界。在这样的环境中，一切都在燃烧着，一切都在熔化着，一切都处于最初的形成阶段。地球和它现在的卫星月亮都在熊熊烈火的浮动中向前挨着，把原始的美丽景观、把运动中力的曲线造型和创生万物的潜能汇聚在一处。今天，在我们的文学作品中，像“凤凰涅”“在烈火中永生”等这样的语言还传达着人类的一种非常古老的感觉。
如果能回到无限遥远的过去，看一看那时地球的图景，我们对一些古老习语的体认肯定要深刻得多。那是一个十分感人、激动人心的存在，原始的火宣泄着无穷的威力和创造的激情，使大地岩层一片片地剥开、熔融、再重新汇聚，红黄色的岩浆沿着深沟低壑向前流动着。
40亿年前，地球开始从伴随着它的激烈创生而遭受的天体撞击中解脱出来。那是一个大地无水的时代，那是一个热流涌动的时代，那是一个令人惊心动魄的时代。大量的水蒸气混杂在和着宇宙尘埃的浓云密雾中，从一个地方游荡到另一个地方。在大气层底，是熔融的岩浆在一浪一浪地挤过，在它走过的地方，留下了地球历史最早的印记。
时光消逝，逝者如斯。地球上的温度会慢慢降下来，在一些熔融的岩浆上是已经凝固的七零八碎的岩石，它们互相漂浮着和撞击着，熔岩正在凝聚，地球表面形成了一层又一层的沉积岩。它们大概就是我们叫做火成岩（IgneousRock）一类的东西。
在剧烈的火山活动的阵痛中，年轻的地球留下了一个个炙热的喷发着浓云与烟尘的火山口。熔岩随时都会迸发升腾而起，高压、灼热以及裹携着从沸腾的岩浆中冒出的尘埃和水蒸气充满天空。
今天，美国的黄石国家公园、意大利西西里岛的硫质喷气孔、冰岛的海克拉地区、日本富士山的侧翼、新西兰的罗托鲁阿温泉的地质构造以及印度尼西亚苏门答腊岛的火山活动提醒我们，那时地球的景观是多么壮烈。一种抹不去的记忆映入脑海，一种浓烈的硫化氢所特有的臭鸡蛋气味弥漫其间。生命的摇篮充斥着硫化氢，那是非常可能的。
后来，地球逐渐向一种温和的环境演变，天空中显得有点阴冷，地球上空的大气由于温度降低而凝聚成巨大的云团，那里含有极为丰富的水蒸气。大气层是如此的厚密和沉重，直到有一天，大地上开始有了降雨，地球历史上的第一滴雨降落在了灼热的岩石上。很多年后，地球上出现了大洋。岛屿从太古的大洋中升起，进一步扩展成大陆。大地一片荒芜，水中也没有一点生机，那时的地球上充斥着地质作用的轰鸣声，在轰鸣声的间隙是可怕的死寂。
在地球演化史上，大气的演化具有特殊的意义，因为它为生命的出现创造了条件。地球大气的演化包括三个阶段。在第一阶段，原始大气在地球演化的早期就跑掉了。在第二阶段，大气是地球内部经过物理化学反应而挤压出来的，称为还原型大气。还原型大气中缺少氧气。在第三阶段，由于地球上出现了植物或其原始祖先，它们的光合作用提供了大量的氧气，使得还原型大气变成以氧和氮为主的氧化型大气，这就是我们现在的大气。科学家们推测，氧化型大气至少存在了25亿年。
三、生命的起源
这也意味着，在25亿年前，地球上就已经出现了生命。不过，对过去情景的推测肯定是相当模糊的，我们并没有解决这一问题，今后也不可能有清晰的结论。
大约在40亿年前，地球上只有岩石和水，炽热的太阳光直射到地表，形成很高的温度，缺氧的大气使来自太阳的紫外线畅通无阻地射到地表，而紫外线具有极强的活性，它能诱导各种化学反应的发生。
在大气和地表中发生的各种化学反应，使本来只有无机物的地球上出现了大量氨基酸、核苷酸、单糖等有机物。这些有机物又不断发生化学反应，逐渐由简单的有机物聚合成复杂的有机物，出现了生物大分子蛋白质和核酸。这些蛋白质和核酸在海水中慢慢储存聚集，经过数亿年的发展和演化，终于出现了有自我复制功能的生命单体。
