我们普遍相信，自然界是经过了无数年的演化才形成的。
科学家们根据这个信念，努力地探索和揭示这个演化过程，从而让这个信念更加坚实可靠。
从宇宙到太阳系，从地球到生命，从人类到文明，这些演化的历史就是自然史。
自然史的概念并不是一成不变的，它是随着人类文明的历史而产生和变化的。
我们要讲述的很多历史，都是关于自然史的探索和发现的历史。
在开始讲述人类文明的历史之前，我们先来了解一下自然史，这是我们只有在人类文明的历史的末尾也就是现在才能知道的。
按照时间的先后顺序，自然界的演化顺序应该是：
宇宙—地球—生命—人类。
太阳系的奥秘
我们的地球是一个巨大的球体，但不是完美的圆形，而是有点扁。
因为地球每天都在自己的轴上转动，所以赤道地区被甩出去了一些，导致南北两极的半径比赤道的半径（6378千米）要短21千米。
而且，北极比南极要高一些，南极比北极要低一些，就像一个倒过来的鸭梨一样。地球每天转一圈，这就是一天的时间。
地球不仅自转，还和其他的行星一样，围着太阳转，这就是一年的时间。
地球绕太阳转的轨道是一个椭圆形，平均距离太阳有14960万千米，平均速度是每秒30千米。地球的质量非常大，有5.976×1024 千克，也就是说，有60万亿亿吨那么重。
地球只是太阳系中的一个成员而已。
太阳系是由太阳和八个行星组成的，按照离太阳的远近，依次是：
水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。
除了水星和金星，其他的行星都有自己的卫星，比如地球的卫星就是月亮。
在火星和木星之间，还有很多小行星，它们形成了一个小行星带。
但是，也有一些小行星不在这个带子里，比如以前被认为是第九大行星的冥王星，它的轨道在海王星的外面。
太阳系中的行星，基本上都在同一个平面上绕太阳转。
地球绕太阳转一圈是一年，水星只要88天，金星要225天，火星要687天。
除了行星、小行星和卫星，太阳系里还有很多彗星、流星体。
如果只算八大行星，太阳系的半径不到地球和太阳的距离（也就是天文单位）的50倍，如果算上很远的彗星云，半径就要扩大到十几万个天文单位。
宇宙的奇妙
但是，太阳系在宇宙中只是一个小小的角落。
像太阳这样能发光的天体叫做恒星，和那些只能反射恒星的光的行星不一样。
在我们的附近，有很多恒星聚在一起，形成了我们最熟悉的星系，就是银河系。
银河系的形状像一个透镜，中间厚、两边薄，它的直径大约有10万光年。光年是天文学中的距离单位。
天文学所涉及的空间跨度过大，用我们常用的千米、米等单位来量度很不方便，所以用光年。
我们都知道，光是世界上最快的东西，每秒跑30万千米，一年能跑94600亿千米。
一光年是很远的距离，可是银河系的直径竟然有10万光年。
太阳不在银河系的中心，离银河系中心大约有2.8万光年。
像太阳这样的恒星，银河系里大概有几千亿颗。
星系大致可以分为两种，一种是旋涡星系，一种是椭圆星系。
旋涡星系像个饼，有旋臂，银河系是一个典型的旋涡星系。
银河系并不包含所有的恒星，在银河系外还有很多和银河系一样大的星系。
天文学家发现，以银河系为中心，300万光年内，大约有40个和银河系一样的星系，其中主要有麦哲伦云、仙女座星系等。
这些星系和我们的银河系一起构成了所谓的“本星系群”。
本星系群松散地聚在一起，没有像银河系那样有一个核心。
但是在本星系群这样的尺度上，也有一些有中心的星系群，叫星系团。
而且星系团和星系群又在更高的层次上构成了本超星系团，之所以叫本超星系团，是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，主要包括本星系群和室女星系团等。
这就是我们目前所知道的宇宙空间吗？
还不是，事实上，本超星系团之外还发现了星系，宇宙的边界现在还不能确定。
所有的天体都会像人一样出生、成长、衰老和死亡，宇宙也是一样。
宇宙学就是研究宇宙的起源和结构的一门学科。
根据现在被广泛接受的大爆炸宇宙学理论，我们的宇宙是在大约137亿年前的一次大爆炸中诞生的。
这个理论依据这样一个事实，即几乎所有星系都以很高的速度相互远离。
这意味着整个宇宙都在膨胀，而且膨胀是没有中心的，也就是说，从任何一点看都能发现四周的天体在离我们而去。
有意思的是，距离越远，远离速度越大。
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，而且距离越远，远离速度越大。
宇宙的起源和演化
宇宙是如何诞生的？
这是一个古老而又永恒的问题。
宇宙学家们根据观测到的宇宙膨胀的现象，推断出了一个惊人的答案：
宇宙是从一个无比微小、无比炽热的点爆发而来的。
这个点就是大爆炸的起点，也是时间和空间的起点。
在大爆炸之前，没有时间，也没有空间，所以也没有之前之后的概念。
这听起来很难理解，但这是目前最合理的解释。
大爆炸发生后，宇宙开始迅速膨胀，就像一个气球被吹大一样。
宇宙的温度也随着膨胀而降低。
在最初的一瞬间，宇宙的温度高达1000亿度，所有的物质都是由基本粒子组成的，宇宙就像是一锅沸腾的汤。
3分钟后，宇宙的温度降到了10亿度，一些基本粒子开始结合成为轻原子核，比如氢和氮。
再过7万年，宇宙的温度降到了3000度，原子核和电子开始结合成为原子，宇宙由辐射主导变为物质主导。
在这个过程中，有一部分辐射和物质分离了，形成了宇宙背景辐射，这是大爆炸的遗迹，也是我们观测宇宙历史的重要线索。
宇宙的膨胀并没有停止，它一直在向无限的远方扩张。
但是，我们并不能看到无限远的地方，因为光的速度是有限的，它需要一定的时间才能到达我们的眼睛。
我们看到的天空，其实是过去的天空，是光从那里发出后经过一段时间才到达我们的天空。
这个时间就是光的距离，也就是光走过的路程除以光的速度。
如果我们看到了137亿光年的地方，那么我们看到的是137亿年前的景象。
根据大爆炸理论，这个时间就是宇宙的年龄，也就是宇宙存在的时间。
所以，我们看不到比137亿光年更远的地方，这就是我们的视界，也是可见宇宙的边界。
在宇宙的演化过程中，不同的结构逐渐形成，比如星系、恒星、行星等。
这些结构的形成都是由引力作用引起的，引力使得物质聚集在一起，形成更大的物体。
大约在大爆炸后2亿年，星系开始形成。
星系是由数以亿计的恒星组成的，恒星是由氢气等氢元素组成的。
在恒星的内部，由于温度和压力很高，发生了核聚变反应，把轻元素变成重元素，同时释放出巨大的能量，使得恒星发光发热。
恒星的寿命取决于它的质量，质量越大，寿命越短。
恒星的生命过程可以分为四个阶段：
主序星、红巨星、晚期和临终。
在主序星阶段，恒星的核反应主要是把氢变成氦，这个阶段占据了恒星生命的大部分时间。
当氢用完后，恒星开始收缩，温度升高，进入红巨星阶段。
在这个阶段，恒星的核反应主要是把氦变成碳等更重的元素。
当核反应停止后，恒星再次收缩，进入晚期和临终阶段。
在这个阶段，恒星的命运取决于它的质量，有的会变成白矮星、中子星或黑洞，有的会爆发成超新星或伽玛射线暴，把重元素散布到宇宙空间中。
这些重元素就是我们和地球的组成成分，所以我们可以说，我们都是恒星的孩子。
地球的诞生和演变
地球是我们的家园，它和太阳一样古老，都是在46亿年前由一个旋转的星云产生的。
太阳是星云的中心，它吸收了星云的大部分物质，然后开始发光发热，成为一颗主序星。
太阳还有很长的寿命，它还能继续燃烧氢气50亿年，之后它会变成一颗红巨星，把地球吞没。
地球是太阳周围的一颗行星，它是由星云中的碎片不断碰撞、粘合、增长而成的。
在这个过程中，地球可能遭遇了一次巨大的撞击，有一颗火星大小的天体撞上了地球，把地球的一部分打飞了，这些碎片后来凝聚成了月球。
这次撞击也可能导致了地球的倾斜，使得地球有了四季的变化。
地球在吞噬了轨道上的其他物质后，终于在38亿年前稳定下来，成为了一个完整的球体。
这个时候的地球，已经有了内部的分层结构，重的物质沉到了核心，轻的物质浮到了表面，形成了地壳、地幔和地核。
