人類環境的發生與演變
在具體研究人類及其環境之前，本章將從宏觀的角度，簡略介紹宇宙、星係、恒星、地球以及人類的起源與演化。
宇宙、星係與恒星
一、宇宙起源新說
宇宙是否有一個起點？這是一個涉及時空觀念的哲學問題。以牛頓力學為基礎的經典物理學和哲學認為，宇宙在時間上和空間上都是無窮無盡的。隨著現代科學技術的進步，這個傳統觀點受到了挑戰。
本世紀之初，天文望遠鏡和光譜分析技術的進步使天文學家能夠根據對恒星和星係的光譜，判斷該行星或星係在向地球和太陽係靠近，還是背離我們而去。到了20世紀30年代，天文學家所研究過的許多星係表明：幾乎所觀測到的所有星係，均以極高的速度遠離我們而去。而且，星係或星係團距離我們越遙遠，其背離我們的運動速度也越大。例如離地球7百萬光年的M64星係，其運動速度為150千米每秒，離地球38百萬光年的M60星係，其速度為1100千米每秒，離地球5700百萬光年的3c295星係團，則以138000千米每秒的速度離開我們。
如果我們改變一下觀測的立場，以任意一個星係為中心，則其他的星係和星係團也同樣以極高的速度遠離這個星係而去。好象每個星係都位於宇宙的中心，而宇宙則以極高的速度在膨脹。
有了這個膨脹著的宇宙模型以後，無需多麼豐富的想象力就可以作這樣的設想：假如我們象放錄相一樣把星係的運動定格，並倒放回去，則最終所有的星係必將聚集在一起。那時候可能發生了一次大爆炸，於是所有的星係互相分離。天文學家還推算出了這次大爆炸的時間是距今150億±30億年以前，這就是我們目前這個宇宙誕生的時間。這就是宇宙大爆炸學說。這一學說已被天文觀測的事實所支持。例如，長蛇座星團如果於100多億年前從目前地球所在的空間區域出發，其運行速度經測定為每秒鍾60500千米，則它現在距地球應為20億光年。天文觀測表明，這正是長蛇座與地球的距離。
二、大爆炸與“超級彈簧”
根據大爆炸假說，宇宙起源於一個比質子還小的、密度與溫度（即能量）極高的小火球。天文學家還推斷了宇宙起源最初的進程大體如下：
（1）t＝0秒，溫度T＝∞，這時作為一個質點的宇宙是能量與物質未分化的混合物，引力、核力、弱相互作用力和電磁力四者全部融合在一起。大爆炸開始。
（2）t＝10-43秒，T＝1032K，此即普郎克（Plank）時間，這時引力同其他三種力分離，並獨立出來。
（3）t＝10-35秒，T＝1028K，核力分離出來。
（4）t＝10-35—10-32秒，這瞬間宇宙體積可能迅速膨脹而溫度無顯著下降。
（5）t＝10-10秒，T＝1015K，電磁力與弱相互作用力分離。至此，四種力均已全部相互分離。
（6）t＝10-6秒，T＝1013K，“核子—反核子”停止產生，質子（氫）形成。
（7）t＝5秒，T＝60×109K，He形成，它是由2個質子加2個中子形成的：2P+＋2n→He2+，這時宇宙由75％的H2與25％的He組成。
此後，宇宙的演化減緩。50萬年以後，溫度降至4000K，以輻射為主的時期結束，物質占優勢的時期開始。因為隨著溫度的下降，輻射強度下降比物質密度下降更快。此後20萬年（大爆炸以後70萬年），溫度降至3000K，電子與離子重新結合為中性原子。
根據這一假說，大爆炸結束時，宇宙是由氫（75％）和氦（25％）組成的巨大星雲。它因不斷膨脹和冷卻而分裂成較小的星雲，並逐漸形成比較穩定的星雲體，稱為原星係。隨後由於自身的收縮形成最早的行星，稱為群體Ⅲ恒星，其質量非常巨大，比太陽大100倍以上，但壽命較短，約為100萬年，即變為超新星而爆炸。爆炸時產生了原子量比氫和氦大的元素，即超氫—氦元素。它們回到原星係中，參與其他行星的形成。這種短壽命的群體Ⅲ恒星現在均已消失。
隨之而形成的是群體Ⅱ恒星，形成於100—160億年以前，其組成物質中含有0.01％—0.03％的超氫氦元素。這時原銀河係已略具規範，其大小與現在的銀河係相似，但仍然保持球形。以後原星係由於引力的作用逐漸收縮，並由於角動量守恒原理而使其旋轉加速，原銀河係星雲體就逐漸因收縮旋轉而成為盤狀。由銀河係核心部分和盤狀部分構成的恒星稱為群體恒Ⅰ恒星，含有1％－3％的超氫氦元素。太陽及其相鄰的恒星均屬這一範疇。正是由於l％—3％的超氫氦元素的存在，因而能產生象地球這樣的重元素占優勢的星球，並使生命的產生成為可能。
在我們的銀河係中，群體Ⅰ恒星的曆史可以追溯到100億年以前，而地球隻有45—47億年的曆史。由此可以推斷：在地球上生命出現以前的大約50億年期間，銀河係中也可能產生過生命。這就是生命在時間上可能延續的範圍。
宇宙大膨脹的過程迄今仍在進行中，這個運動過程的結局無非有兩種可能：一是無休止地膨脹，逐漸解體向遙遠的地方散去，宇宙終於變成一個物質分布極其稀薄的地方；二是膨脹的速度終於逐漸變慢以至停止，由於引力的作用逐步退回，終於又聚集到一處，密度的增加使溫度不斷升高，又發生物質向能量的轉化，最後又聚集為能量無窮大的一個超微質點，再次發生大爆炸。這樣的過程反複進行，就象一根彈簧不斷地被壓縮又膨脹一樣。這後一種假說被稱為“超級彈簧”說。
地球與人類
通過多年的天文觀測，尤其是近幾十年來使用了先進的200英寸天文望遠鏡和射電天文望遠鏡，乃至最近安置在空間的哈勃望遠鏡，天文學家已經了解到，象我們所處的銀河係這樣的星係大約有一千億個，每一個星係（天河係）中又有約一千億顆恒星。而且，在每一個旋轉著的星係內部，還存在著、並不斷形成著高度稠密的中心，每個這樣的中心又圍繞著它的重力中心而收縮，這就是新星球的誕生地。
地球所處的銀河係由1000—1500億顆恒星組成，形狀象兩把合並在一起的鈸，從一端到另一端距離約10萬光年，從中心到邊緣約5萬光年，中心近似圓球的部分厚度約2萬光年，周圍較扁平的圓盤部分厚度約3000光年。我們的太陽係就位於這個扁平圓盤的外側，距銀河係中心約3萬光年。地球隻是太陽係九大行星中不大的一顆。可見，在無垠的宇宙之中，即使用滄海一粟來形容我們的地球，都未免有些誇大了。
一、地球與生命的起源
地球的起源可以追溯到60—100億年以前，在距離太陽大約150×106千米處（這個長度稱為一個天文單位，A.U.，用以表示星球之間的距離），開始形成一個稠密的中心，這就是地球的雛形，也是宇宙中無窮無盡的偶然事件中的一件。
到了45—47億年以前，地球的輪廓已初步形成。這時，環繞地球的原始大氣圈中完全沒有O2，CO2也非常稀少，可能是一個由H2、CH4、NH3和H2O等組成的還原性大氣圈。地球還不斷地向外排出一些氣體，主要成分為CO、CO2和水蒸汽等，這個過程稱為出氣作用或排氣作用。水星、金星和火星這些類地行星（即包括地球在內的離太陽最近的這4顆行星）在其演化的早期都經曆過這一過程，有些學者認為這個過程在地球生命演化中起著很大作用，因為一方麵，出氣作用給大氣圈增加了對生命至關重要的碳元素，另一方麵，出氣過程還會造成一種“流體化”的物理狀態，即外溢的氣體與致密的顆粒狀固體相作用，使固體顆粒微微升起，整個固體層向上擴張，呈現出某種流體的特征。實驗證明，H2和CO在使鐵隕石粉流體化的過程中，能產生許多碳氫化合物，包括脂肪族、芳香族和異戊二烯。有人推測，現在發現的碳質球粒隕石中的有機物就是由類似的過程合成的。也就是說，這種流體化過程有可能是實現由無機物向有機物轉變的途徑之一。
然而，在地球形成的早期，原始大氣圈對太陽輻射的屏蔽作用很微弱，強烈的輻射直射地表，頻率高達22赫茲，其威力足以毀滅一切生命。如果不是由於後來出現了某種防護和調節的作用，則地球上的生命就無從發生。
這種作用的第一個階段是水的出現。盡管其機製尚不清楚，但有地質學的證據說明，至少在38億年以前，在某種作用下，地球出現了水，因為現在發現地球上最古老沉積岩的年齡約為38億年。這時地球的溫度仍然很高，處於近乎熔融狀態，加上強烈的太陽輻射，使水分完全變成蒸汽，在地球上空形成射線難以穿透的濃雲。在雲層的蔭蔽下，地表溫度逐漸下降，並冷卻凝固，形成地殼，互相擠壓，產生折皺和斷裂，但地球內部仍處於熾熱熔融狀態。隨著地殼的形成，近地層氣溫降低，雲中的水蒸汽冷凝成水，開始出現降雨，而且傾盆大雨連續了幾千年，使地殼進一步冷卻，窪地與鴻溝都充滿了水，產生了海洋這個生命的搖籃，也產生了最古老的沉積岩。