一个平底船

克里斯-我们最好去接第一位乘客，她是植物科学部的贝弗利·格洛弗。受欢迎的。

贝弗利-嗨，克里斯。

克里斯-我知道我答应过你带你顺流而下，小卡，乘船或巡游什么的这是我们能做的最好的了。这是一个低成本的节目!

贝弗利:没事的。我们在剑桥已经很习惯了!

克里斯-你是植物科学系的。你现在把大部分时间都花在什么事情上了?

贝弗利:我们目前的大部分工作都是关于花的表面，尤其是花瓣的表面，以及不同的结构如何影响动物相互作用、收集花粉和授粉的方式。

花到底是怎么工作的?

贝弗利——一朵花基本上是一种明亮的广告，告诉动物们这里有好吃的。动物来寻找奖励，寻找一种好吃的东西，通常是花蜜，在这样做的过程中，它会捡到一些植物的花粉。然后把它转移到另一朵花上，这样植物就受精了，结出了种子。

克里斯:那花的机械运作方式呢?如果你用显微镜放大，看得更详细那里到底有什么?

贝弗利:不同的花有不同的表面结构，这取决于它们想吸引什么。不同的动物有不同的偏好。我们研究的一件事是，如果细胞结构具有抓地力，那么当它们试图在大风中或在困难的角度着陆时，它们就会有抓地力。我们一直在研究的另一件事是纳米尺度上更小的表面结构，它会影响被折射的光，从而让花产生彩虹色。

在可见光(左)和紫外光(右)下拍摄的迷花，显示了蜜蜂可以看到的花蜜向导，但人类看不到。©Plantsurfer @ wikipedia

克里斯:所以这大概意味着不同的动物或昆虫能看到不同的花，因此它对某些物种比其他物种更有吸引力。

贝弗利:对，没错。植物在结构上能做的一件事是确保它们在光谱的紫外线端反射非常高，我们看不见，但许多昆虫可以。这使得花在昆虫看来比在我们看来要明亮得多，对昆虫来说也很有吸引力。

为什么昆虫想看到紫外线?他们的这种特质是从哪里来的?

贝弗利:并不是所有的昆虫都有相同的颜色视觉，但是我们研究的蜜蜂和我们一样有三个感光器，但是我们看到的是原色，它们看到的是紫外线，蓝色和绿色。对它们来说，世界看起来非常不同，花朵适应的是它们想要的样子，而不是我们想要的样子。

克里斯-这是否与阴天紫外线仍然可以穿透而其他波长的光线可能无法穿透有关?

贝弗利:很可能是。有相当多的证据表明，传粉者的颜色视觉，或者至少蜜蜂的颜色视觉，在花出现之前就进化了。这就好像花儿不得不适应动物已有的颜色。而不是反过来，动物们不会说，“花是红色的，所以我需要看到红色。”这对它们很有效，然后花朵也适应了。

如果周围没有花来授粉，它们为什么还需要色觉呢?

贝弗利:这是个好问题。一种可能是动物们看到了彼此。许多昆虫在紫外线或彩虹色下发光，这有助于它们吸引配偶或识别敌人等等。色觉对看到彼此也很重要。

克里斯-先回到花瓣上。你所看到的这些细胞是用来抓牢昆虫的，它们是用来粘住某些昆虫的，还是它们还有其他的作用?

贝弗利-不，那不是他们的全部。我希望事情能这么简单。它们也改变了花的外观，因为它们就像小透镜一样，把光聚焦在花上，让花看起来更亮，这样我们就能看到这种效果。动物可以看到它;昆虫也能看到，但这对它们来说可能不是很重要。他们可以看到，但他们并不在乎。它们还可以通过吸收热量使花朵变暖。当它们捕获光时，它们捕获能量，因此它们使花稍微温暖一些。对于某些环境中的传粉者来说，这可能是花最重要的因素。这意味着你不需要花费那么多的能量来热身就能飞起来。

Chris:几年前，你在《自然》杂志上发表了一篇论文，探讨了这个问题。

贝弗利:是的，没错。我们发现，即使是正常的大黄蜂在环境温度下也会选择温暖的花朵而不是凉爽的花朵，如果两者的奖励相同的话。我认为这些细胞对花的温暖程度的影响对晴天或正常栖息地的花来说不是很大。对于那些可能在黎明花朵还很冷的时候觅食的传粉者来说，它们可能会产生足够的影响。

克里斯:为什么会有不同?为什么昆虫想要喝温暖的花蜜?

贝弗利——因为它不需要花费任何能量来使自己升温。为了能够飞行，贝斯必须花费一些能量使身体暖和起来。就像喝热饮一样。如果花蜜是温暖的，那么你就不需要花费太多的能量来加热它。

克里斯:所有的植物都有这些细胞吗?还是只有那些想要吸引某些昆虫的植物才有?

贝弗利-大约80%的植物都有这些开花细胞。我们认为有些人这样做是出于触觉上的原因，让动物抓住它，有些人这样做是出于其他原因。有些人可能会这样做，因为它对花的外观有影响。这似乎是祖传的特征。花似乎从第一次开花的时候就有了这种病。没有这种物质的植物似乎已经失去了它，这实际上是我们非常感兴趣的是探索这些植物，以及为什么它们失去了似乎如此有用的东西。

不依赖昆虫授粉的植物，它们没有昆虫吗?

贝弗利——大多数风媒传粉的植物已经完全失去了花瓣，所以它们没有这些只存在于花瓣上的结构。

克里斯:再往前看，你认为接下来会发生什么?想必会有没有这些细胞的突变花，它们是否更不适合?它们长得不好吗?

贝弗利:是的。我们有一个突变的龙葵系(Antirrhinum majus)和一个突变的矮牵牛花系，它们不产生这些细胞。我认为它们非常适合，在温室里长得很好。如果我们把它们种出来，我们会发现它们不会结很多种子。它们也不会被授粉。它们对蜜蜂没有吸引力。这些突变体让我们确定了控制这一过程的基因。我们可以开始了解那些“故意”失去它们的植物，那些从未拥有它们的花，这些基因发生了什么——它们去了哪里，为什么它们不再起作用了。

克里斯-所以这是否意味着如果给植物更多的这些基因或者让它们表达更多的这些细胞你就能让它们更肥沃，更适合你就能得到更好的产量?

贝弗利:这取决于工厂，但这肯定是我们正在考虑的事情。例如，番茄家族的许多成员因为花的授粉方式而失去了这些细胞。那些被它们吸引的动物并不需要它们来抓握它们，也不需要它们来视觉。番茄本身并没有失去它们，所以我们现在感兴趣的另一件事是，如果我们把这些基因从番茄中剔除，我们能否让它对传粉者更有吸引力，从而结出更多的果实。

克里斯:它们是蜂传粉者，不是吗?在澳大利亚，他们不得不进口大黄蜂，它们能以合适的频率嗡嗡作响，让花粉出来。

贝弗利:没错。它们被花药吸引花药是产生花粉的亮黄色的东西。这是它们试图收集的食物来喂养它们的幼虫，而不是花瓣中的花蜜。花瓣已经变得无关紧要了，所以我们认为对于大多数蜂传粉的物种来说，这些细胞已经丢失了，因为你没有试图让花瓣脱颖而出。由于某种原因，番茄并没有失去它们，这是我们想要探索的东西。

克里斯-最后一个问题，像贝弗利·格洛弗这样从事植物科学研究的人你有没有想过在名字中间加上狐狸这个词，这样你就可以成为一名植物科学家，名叫贝弗利·福克斯·格洛弗?

贝弗利-你知道这很有趣。我丈夫总是开这个玩笑!

克里斯-赫伯特，欢迎加入我们。欢迎加入!

赫伯特-谢谢。这里有点岩石，但坐在这里很有趣。

克里斯-告诉我们-关于碳排放问题，我们认为这样的天气不仅仅是全球变暖的结果。我们能做些什么来抵消我们可能排放到大气中的碳呢?

赫伯特:你知道我们每年向大气中排放270亿吨二氧化碳。自工业革命开始以来，它一直在稳步上升。与此同时，全球平均气温一直在上升。我们非常担心，人类将二氧化碳排放到大气中，不仅会使大气变暖，还会导致可怕的自然灾害，比如卡特里娜飓风、澳大利亚的干旱以及2003年造成欧洲许多人死亡的热浪。我们想知道如何减少向大气中排放二氧化碳，因为我们通过燃烧更少的化石燃料来减少能源消耗，或者通过将其储存在地球表面下的大型多孔储层中。

Chris -有些人说你看到二氧化碳上升的原因₂随着温度的升高，因为水不能吸收那么多的二氧化碳₂天气暖和的时候。所以如果你让地球变暖₂出来，飞到空中。

赫伯特:很明显，由于我们向大气中排放的二氧化碳增加，气温很有可能因此而上升。

克里斯-有什么样的策略来尝试将二氧化碳从大气中释放出来，并首先阻止我们将其释放到大气中?

赫伯特:我们可以更有效地利用能源。我们不需要像现在这样给房子供暖。我们不需要单独开车周游全国。我们一次可能得有两三个人来上班。毫无疑问，我们可以减少我们使用的能量的数量，并且同样舒适和快乐。至于我们如何处理二氧化碳，有很多建议。最有可能的方法是将二氧化碳储存在这些多孔的储层中至少一万年，这些储层目前充满了咸水。但也有其他的建议，比如煤层、褐煤煤层，从经济角度来看，开采这些煤层并不吸引人。它们也非常多孔，我们可以把它放在那里或耗尽的油藏中。(那里)没有那么多可用的存储空间。 That's another possibility.

克里斯-获得CO的机制是什么₂一开始就有吗?

赫伯特:问题是，我们所知道的普通二氧化碳是一种气体。与液体相比，气体占据了相对较大的空间，有时甚至是液体的一千倍。我们可以把气体压缩成液体，把它压缩到至少800米的地方，但最好是在1公里到2公里之间。你必须把它泵到1千米的地方，在那里它变成了超临界气体。它就像液体，它的密度接近水，但只有水的3 / 4。然后它流入岩石的孔隙就像石油在孔隙中形成一样。

克里斯-你是怎么做到的?

赫伯特:我们的想法是，要么会有一些完全不透水的密封，就像几十万年前石油被密封在水库里一样。另一种可能性已经被研究过了，但只是从理论的角度来看，那就是以某种方式与密度进行某种博弈。像二氧化碳这样的液体的密度比周围液体的密度大，因此被困住了。在我看来，这是一件非常危险的事情，因为有些事情总是会出错，它会变得不那么密集，然后浮出水面。

克里斯-美国的研究人员正在研究二氧化碳排放的可能性₂进入地下的水中，形成一种稀酸，然后与岩石中的碳酸盐反应，最终得到CO₂变得几乎像石灰岩。它像岩石一样被隔离。

赫伯特:问题是需要多少能量来完成这个过程，也就是说需要多少能量来进行化学转移。我的理解是，能量确实相当可观，而且这个过程非常非常缓慢。我们必须意识到的是，我们正在排放大量的二氧化碳，每年270亿吨。目前，最大的油田项目每年封存约100万吨。我们需要十万个这样的野外观测站。我们还有很长的路要走。

克里斯-还有，我们在哪里生产一氧化碳₂并不一定是我们想要封存它的地方，所以我想还有另一个问题，就是把它放到我们想要储存它的地方。

赫伯特-我们不会把它运远的。我的信念是，我们将尝试在它形成的地方做一些事情。这是很重要的一点，因为在前苏联，南美，几乎整个非洲南部，几乎没有任何工作进行，但它们产生了相当多的二氧化碳。目前还没有人考虑将它们的二氧化碳封存在哪里。

Chris -你提到了苏联的部分地区。很多东西都在永久冻土中，现在正在融化。有机物进入水中，很快被消化，变成甲烷和二氧化碳₂．我想这也要考虑进去吧?

赫伯特-是的。这是最近才引起的兴趣，人们不知道到底会有多少甲烷，也不知道会有什么潜在的问题。我认为这是我们需要仔细研究的事情，因为地球变暖了，就像你说的，更多的甲烷会释放到大气中。这不是甲烷的直接人为输入，而是人为影响的结果。

克里斯-你担心吗?

赫伯特-不，我从不担心。是的，温度可能会上升一点，是的，我们可能会有一些自然灾害，但我相信我们会看到我们的方式。

克里斯-我们的下一位乘客来自克莱尔学院和精神病学系，保罗·弗莱彻。嗨,保罗。

保罗-你好。

克里斯-欢迎来到我们的赌桌。很抱歉这是我们能做的最好的了。这是一个低预算的项目。

保罗-这太美了，别担心。

克里斯-你在做什么?

Paul -我对精神分裂症特别感兴趣尤其是精神分裂症的主要症状是妄想和幻觉。

克里斯-他们到底是什么意思?

保罗:它们都涉及到对世界的一种非常不同的体验。幻觉是指你听到或看到不存在的东西。错觉是指你相信一些非常不寻常的事情，而且很可能是不真实的。例如，在幻觉中，有人可能会听到有人对他们说话，批评他们。一种错觉，他们可能会相信他们的邻居正试图毒害他们或控制他们的行为。

克里斯:人们会产生这些错觉来解释他们所经历的有趣的幻觉吗?

有些人认为这些经历是不正常的，对这些经历的解释是完全合乎逻辑的。其他人认为这些经历并不反常，但人们只是用非常不同的方式进行推理。其他人则认为两者兼而有之。

克里斯-一个人的大脑里到底发生了什么，比如说，一个人产生了幻觉或者产生了这样的错觉?

我们知道患有妄想、幻觉和其他精神分裂症症状的人的神经递质多巴胺会发生变化。我们知道它似乎过于活跃了，尽管还不完全清楚是受体过于敏感还是化学物质过多。我们知道有线索表明这可能是主要嫌疑人之一。我们真正不知道的是，如此基本和低级的东西是如何转化成如此复杂、人性化和社会性的东西的，就像相信有人想要伤害你一样。

克里斯:这很有趣，因为精神分裂症是遗传的。我们知道它会在家族中遗传，但它也倾向于在生命的后期出现，尽管可能导致它的基因从你怀孕的时候就活跃了。直到25岁左右才会得这种病。在一些情况下，稍晚一些，在一些情况下，你的七十多岁。当我们年纪大了一点的时候，大脑里发生了什么，突然让我们产生了这个想法?

保罗:虽然它可能在儿童时期表现出来，但它并不倾向于在儿童时期表现出来，这一事实可能给了我们一些重要的线索，让我们知道关键问题是什么。一种可能性是，精神分裂症是在大脑完全成熟后出现的。只有当一个人的大脑路径成熟时，他们才能够体验和表达精神分裂症患者的各种症状。另一种可能性是，如果你在更早的时候仔细观察，就会发现精神分裂症是存在的。在儿童中，它以更简单的方式表现出来:运动异常，语言异常。

克里斯:那么大麻与各种药物的关系呢?因为大麻与人们出现的各种精神病症状有关，如果不是明显的精神分裂症，对吗?

Paul -很多人都在极力推动对大麻的使用施加更大的限制，因为他们坚信大麻会导致精神病。事实上，如果你看一下证据，我们仍然不知道人们使用大麻是因为他们患有精神分裂症还是因为他们使用大麻而患有精神分裂症。我们知道的一件事是，使用大麻的人在精神疾病患者中所占的比例要大得多。当然，这种对已经脆弱的大脑的破坏可能会引发这些令人不快的症状。

Chris -如果你观察精神分裂症患者的大脑无论是通过脑部扫描还是在尸检中如果你观察整个大脑你能看到和正常人有什么明显的不同吗?

保罗:直到70年代，人们才明确地说不。七十年代中期诺福克公园的一个叫伊芙·约翰逊的人发表了一篇开创性的论文基本上表明精神分裂症患者的脑室也就是大脑中充满液体的空间更大。这表明大脑有一定程度的萎缩。大多数精神病学家会接受大脑在结构上是不同的。越来越多的证据表明，它的功能是不同的。

Chris:现在有一个非常有趣的知识体系正在发展一些与精神分裂症相关的基因与细胞在大脑中的迁移和移动有关无论是在发育阶段还是在成年时期。我们知道，在我们的一生中，大脑的某些部分会不断产生新的脑细胞。你觉得这是你长大后会喜欢的东西吗?随着大脑老化，你慢慢积累了足够的细胞，产生了这些新的神经元，它们形成了这些通路，也许连接了大脑的错误部分，从而揭示了精神分裂症?

精神分裂症这个名字本身就意味着精神分裂。虽然很多外行人会将其解释为人格分裂，但它实际上意味着大脑的不同功能往往不会相互整合。功能性脑成像，我用它来测量与一系列挑战和症状相关的整个大脑活动，这似乎表明一些核心异常可能不是表现为不活跃而是表现为不同区域无法相互沟通。

Chris -有一个在瑞士工作的神经学家叫Olaf Blanke几年前我和他聊过。他在治疗一位女士的癫痫时发现如果他刺激大脑的某个部分他就能在这位女士身上产生这种灵魂出窍的体验。她实际上是在体验她自己的身体，但却是别人触摸她身体的症状。她并没有把那个映射到她身上，但她认为房间里还有另一个人。你是否认为精神分裂症患者的大脑中有一部分不能正常工作，它通常会抵消内部产生的东西，比如声音和其他类型的东西，告诉你它们来自你，但这不起作用?人们认为它们是真实的东西。

保罗-是的。有很好的证据表明，通常情况下，当你或我在脑海中自言自语时，我们实际上会抵消听觉反应。就好像有一种抑制作用。如果我们听到别人说话，那么我们的听觉皮层就会非常活跃。这表明，在幻觉中，大脑把内部语言当作外部语言来对待。所以你听到你说的话就好像是别人说的一样。这可以解释精神分裂症的许多现象。还有一种非常有趣的症状叫做控制错觉，患者会觉得自己的动作实际上是由别人产生的。同样的解释也适用于这个。当我去创造一个运动时，我知道会发生什么。 I know the outcome of that movement will result in me being in a different position or my hand being in a different position. If I fail to make that prediction then it may be that that comes as a surprise to me. I could then interpret it as somebody else having made the movement. These are interesting speculations and indeed there is growing evidence that this is may be the case. I think Olaf Blanke's work is very interesting in that respect.

Chris -最后一个问题，我们是否离帮助那些被诊断患有精神分裂症的人过上正常生活更近了一步?

Paul -我认为当我们开始理解化学异常和症状的高水平表达之间的联系就像这样非常具体的过程那么我们可能就能提供新的靶向治疗。一个例子是，我们现在发现我们可以用一种叫做氯胺酮的药物来重现精神分裂症的一些症状，这种药物被广泛用作麻醉剂。也许如果我们能针对氯胺酮起作用的受体，我们就能找到新的治疗方法，更容易被接受的精神分裂症治疗方法。事实上，就在去年发表的一篇论文表明，情况很可能是这样的。

克里斯-这是我们的下一位乘客。欢迎加入弗洛里安·霍菲尔德，请坐上我们的船。过来坐吧。弗洛里安是三一学院的研究员也是生物化学系的。你研究酶?

弗洛里安——是的。酶使反应迅速。它们是最环保的试剂。一些食品添加剂含有酶。洗衣粉是由酶组成的，当你看化学成分时这些化学成分非常复杂，很难在实验室里完成。酶以很大的速率加速。这些数字如此之大，几乎没有任何意义。加速度是10²¹举例来说。1后面有21个0。

Chris -这就是反应的速度和没有酶的情况下相比?

弗洛里安:没错，如果你看水的话，即使在几百万年之后，反应也不会发生，但是当你放一点洗衣粉进去的时候，蛋白质就会迅速降解。这是一个神奇的化学机器，实际上它是如此神奇，以至于我们只了解它的一小部分。我们想深入到未知的领域。

Chris:你的意思是我们希望能够在实验室和工业中捕获和使用这些分子，以一种更清洁、更快速的方式来做事情，这对能量更有利。你在那里是为了找出(a)这些化学反应是如何在第一个地方使用酶发生的(b)我们如何找到更好的?

弗洛里安——是的。没错，技术上的诀窍是，首先要善于制造混乱，然后非常准确地从数十亿没用的分子中找出一个分子。

Chris -你的意思是你制造了不同版本的酶当你说你制造了混乱你制造了很多不同形式的酶?然后你找到一个效果最好的，然后问为什么?

弗洛里安——没错。我们完全按照自然规律来做。大自然是不完美的，复制基因蓝图，DNA，我们在实验室里做。我们用一个反应来繁殖DNA分子，产生不完美的副本。我们希望他们朝着正确的方向前进，希望这种不同能带来不同。

Chris -我明白了所以你在DNA中制造了一个差异或一个错误从而非常微妙地改变了蛋白质和酶然后你问这种差异是否转化为一种作用更好或更差的酶?

弗洛里安-我们就是这么做的。

克里斯:你看到的是什么样的反应?

弗洛里安:我们在研究水解反应。水作为试剂的反应，因为水很有用。它们在洗衣粉、农药解毒等方面都很有用。我们有一些很有趣的酶，因为它们做很多事情。他们是多面手。他们不仅把一件事做好，而且把好几件事都做得很好。在进化中，这可能是非常有用的，因为在自然界中，你经常会发现基因被复制，而尽快获得新活性的最好方法是，如果原始酶有一个小的副活性。当一种酶不仅有一个伙伴，而且有几个伙伴可以参与时，我们称之为催化乱交。通常是不同的化学反应。这就是为什么这些混杂的酶是进化的起点。 You're more likely to uncover one clone for a new activity if you already had a little bit of it originally.

克里斯:除了洗衣粉，你还关注什么呢?

弗洛里安:例如，我们正在研究磷酸酶和一些杀虫剂，它们是在50年代被投入自然界的。它们的降解非常缓慢，所以用水解酶以一种生物相容的方式将它们完全分解，这对于将棕地重新开放给自然是很有用的。

Chris -你有发现什么酶能很好地完成这项工作吗?

弗洛里安——是的。我们发现一些酶可以从一种或多或少没用的活性转变为一种更有用的活性。我们还没有进入工业应用，但我们至少可以证明我们可以。我们在技术上开发的技巧非常重要。我们在这个过程中学到的是，原则上你想要从一个万事通开始，它可以做所有的事情，但不是很好，但它可以做所有的事情。然后你会增强这种背景活动，让它变得更好。如果你从混杂的东西开始，它与所有东西相互作用，你有更好的机会找到一个好的克隆，一个好的酶。

克里斯:你说你把事情弄得一团糟，然后再看看是怎么回事。你是否曾经反过来说过，我们现在得到了一种非常好的酶，它得到了显著的改善，现在让我们来看看它，并试着找出原因?

弗洛里安-是的，然后我们把它结晶。我们等待它形成明确的晶体，可以衍射的材料。这些技术是50年代在剑桥发展起来的。现在，即使是像我这样的业余爱好者，在一个好的合作者的帮助下，也可以开始制作晶体。这让我们了解了酶的内部工作原理。我们就能确定为什么会在图书馆找到它。希望这能帮助我们定义一整个多用途酶的类别。如果你想要一个特定应用的酶，我们现在知道从哪里开始。

克里斯，我想说因为我想说的是最终你会对它有很多了解你可以说要么把它从你之前做的架子上拿下来要么你可以调整一些东西来增加活性，某种化学反应或能力，对已经存在的酶?

弗洛里安——是的。这是正确的。另一个我认为我们还没有完全破解的问题是大自然是如何如此有效地做到这一点的。我们经常发现蛋白质结构非常微妙。它们有点像一束羊毛，但不像一束羊毛，如果它的方向不对，它就会坍塌，变得没有功能。当你发生突变时，当你把酶弄得一团糟时如果你不删除活性蛋白质就会变成你往卡布奇诺里倒牛奶时出现的样子。上面的泡沫是一种变性酶，它不再起作用了。我们要避免这种情况。有一些我们不太了解的技巧，但它可以影响酶的结构，这样你就可以避免从你的库中损失。有些克隆体只是变性。 They just disappear and they're not selectable any more. There are some tricks that you keep the structure constant and you start with something that is resistant to temperature. That is then enough degrees of freedom to have enough function.

克里斯-你觉得你能发明一种酶来阻止船下沉吗?我想我们可能要进水了!

弗洛里安:我们也许能制造出一种酶来水解Cam中有毒的化合物或者一种酶来帮助我们

克里斯-保释?

克里斯-我们的另一位嘉宾是马丁·里斯教授。马丁是英国皇家学会会长。他也是三一学院的院长。他是皇家天文学家，他来和我们谈谈生命，宇宙和一切。马丁，非常感谢你来和我们谈话。

马丁:很高兴在这么晴朗的日子来到这里。

克里斯:首先，让我们用数字来表示。宇宙的年龄有多大?

马丁:宇宙已经有140亿年的历史了。我猜，我们知道这个数字的精度约为5%。地球本身大约有45亿年的历史。第一个生命在那之后不久开始。当我们想到太阳和行星的起源时，我们必须意识到，当它们形成时，宇宙已经膨胀了大约90亿年。

Chris - 5%是相当准确的。你怎么知道宇宙有那么古老?

马丁:我们知道宇宙在膨胀。如果我们知道一个物体远离我们的速度有多快，离我们有多远，那么我们就可以计算出，粗略地说，假设所有物体开始时都靠得很近，那么它到达那个距离需要多长时间。然后你必须修正因为现在的速度不是平均速度取决于宇宙是在加速还是在减速。这个观点和其他一些观点让我们知道了它有多长。一切都被压缩在一个非常热，密集的状态我们称之为大爆炸的余波。

克里斯-那持续了多久?大爆炸显然发生在一瞬间，但此后一切都在演变。

马丁:嗯，第一微秒仍然是一个谜，因为当时的条件相当极端。从那时起，我们确实对宇宙的演变有了一个相当好的总体认识。一秒钟后，它的温度会达到100亿度。不久之后，形成了氢原子、氦原子或原子核。50万年后，早期宇宙遗留下来的辐射冷却到大约3000度的温度。这很重要，因为这是一个足够低的温度，低于恒星表面的温度，在那里原子变成中性，它们可以开始聚集在一起。大约50万年后，原子聚集在一起，形成了第一批星系和第一批恒星。

克里斯-我们知道第一批星系的解剖结构吗?它们和我们今天看到的是相似的还是非常不同的?

马丁:我们不太清楚第一批恒星和星系是什么时候形成的。我们知道，在最初的50万年之后，宇宙实际上是黑暗的，因为原始的光稀释了它，把它变成了红色。宇宙实际上是黑暗的，直到第一批恒星形成并再次照亮它。我们相信第一颗恒星的形成不是孤立的，而是在我称之为亚星系的地方形成的这些物体可能是恒星的一百万倍大。然后这些次星系聚集并融合在一起，直到形成了今天星系规模的系统。

是什么让星系聚集在一起?为什么它们不散开所有的物质和物质在空间中均匀分布?

马丁:嗯，星系是靠引力聚集在一起的。但是我们看到的恒星和气体的引力不足以阻止它们的分裂。我们知道它们运动的速度因此有多少动能需要被重力抵消。我们从中得出的重要结论是，星系必须不仅由气体和恒星组成，还包括一些其他成分，我们称之为暗物质。这种材料的性质有些不确定。它可能是在大爆炸中与原子和辐射一起产生的某种粒子，就像重中性原子一样。它们既不发射也不吸收光，但它们感受到重力，并聚集在一起，形成一种蜂群。我们相信，每个星系不仅包含物质和气体，还包含一群暗物质，它们的总质量可能是我们所看到的所有恒星和星系质量的五倍。

克里斯-如果它们是在大爆炸中产生的，它们喜欢聚集在一起，它们是如何在一开始分开的，然后又重新聚集在我们今天拥有的星系的中心?

马丁:早期的宇宙非常光滑，几乎是均匀的。如果它曾经是完全均匀的，那么在400亿年后的今天，它将只是一种寒冷的、非常稀释的氢:没有星系，没有恒星，也没有人类。早期的宇宙并非完全平滑。它有很小的波动:一些区域比其他区域密度大，一些区域膨胀得比其他区域慢。在膨胀过程中，密度差在重力作用下增大。这是因为如果一个区域的密度略高于平均水平，引力就会施加更大的拉力，使其减速更多。密度对比增大。从非常微小的不均匀性开始，大约千分之一的不均匀性可以在宇宙后期形成的星系结构的理论模拟中结束。我们相信事情就是这样。从一个地方到另一个地方，有千分之一的波动。 As the universe expanded the density contrast grew and the dense regions eventually separated out to make the first galaxies.

Chris -暗物质具有强烈的正向引力，并将物体拉向自身，这解释了你刚才所说的一个方面。你提到的另一件事是宇宙在膨胀。如果你把所有的东西都放在一起，是什么在推动相反的方向?是什么把一切推开使其膨胀?

马丁:即使是现在，如果我们观察宇宙的膨胀，它似乎是在加速，而不是减速。这是相当令人惊讶的，因为你会期望所有物体对其他物体施加的引力会导致膨胀减慢。但是，现在宇宙中似乎确实存在着一种额外的力量，这使每个人都感到惊讶，这种力量在日常生活中并不重要;在太阳系中不重要，在银河系中也不重要。在整个宇宙的尺度上，它施加的推力超过了引力的拉力，导致膨胀加速。这告诉我们，对宇宙的长期预测是变得越来越冷，越来越空，越来越稀。我们也怀疑，虽然我们不知道，在宇宙的早期，有一种排斥力与现在的排斥力很相似，但比现在强得多。可以说，这给了宇宙最初的动力。

克里斯-看看距离我们家更近的更短的距离，在我们自己的邻居——这个星系，银河系——这是否意味着我们和下一个近邻之间的空间越来越大?

马丁:不，这是我们所说的本地星系群。我们加上仙女座星系加上一些较小的星系这是一个由自身引力维系在一起的系统。这并没有参与宇宙的膨胀。如果我们想象一下500亿年后的宇宙会是什么样子那么它看起来会非常空旷我们现在用望远镜看到的几乎所有东西都将消失。剩下的将只是我们星系的残余物，仙女座星系和其他一些星系，到那时，它们将合并成一个由暗物质和恒星组成的无定形星系，除了非常微弱的缓慢燃烧的恒星外，这些恒星将主要死亡。