宇宙中只有我們地球人存在嗎？

卡里布·沙爾夫

小時(shí)候我住在英格蘭鄉(xiāng)下，有一次大人們叫我到花圃去找根莖重新栽種。我不曉得從園藝的角度來(lái)看，春天應(yīng)不應(yīng)該做這件事。我還記得當(dāng)時(shí)那些小根莖那么耐寒，竟然活過(guò)了嚴(yán)酷的冬天，安靜地等待著陽(yáng)光的溫暖穿透遮蓋它們的土壤。我撥開去年的枯葉，小心翼翼地刺探著那片肥沃的泥土。從我幼小的心靈來(lái)看，那塊土地似乎很大，而且也很空曠。很快，我摸到一個(gè)小小的硬塊，周圍是粒狀的土塊，差點(diǎn)看不出來(lái)。我終于找到了我的第一塊寶貴的根莖。

我只搜尋了一小會(huì)兒，就已經(jīng)找到了一塊根莖。這一下把這沒(méi)勁的活動(dòng)變成了充滿希望的征程，我估摸那片粗糙的土地里一定藏有大量這樣的生命，想象著自己的小手摸索著，想象著我的小鏟子會(huì)挖出好幾抱，我將得到巨大的財(cái)富，也會(huì)受到大人的夸獎(jiǎng)。

可惜情況不是我想象的那樣。整個(gè)下午我就找到那么一塊。我捅呀捅，戳呀戳，挖呀挖，兩只手越來(lái)越酸痛，那片黑土搖身一變，成了巨大無(wú)邊的不毛之地。怎么會(huì)是這樣呢？如果我只花幾分鐘就能找到一塊多汁的根莖，不是意味著還有好多好多其他根莖嗎？

這件事傷了我的自尊。長(zhǎng)大后我仍然在很多場(chǎng)合回想起這件事，因?yàn)橄裎疫@樣的天體生物學(xué)家每天都在茫茫宇宙中搜尋其他生命。這是一個(gè)極其有趣、極富挑戰(zhàn)而且極其令人失望的問(wèn)題。

在一大片土地里，只找到孤零零一塊根莖和在茫茫宇宙中是否只有地球生命之間有著共性。至今，我們只知道僅有一個(gè)恒星系的一顆行星上有生命存在，它在一個(gè)擁有十億萬(wàn)億顆恒星的宇宙中漂泊著，小小的那么一點(diǎn)，那就是我們的家。我們?cè)谶@個(gè)巨大宇宙中的存在使得其他生命的存在不可避免，至少是很有可能。但是這樣的幻想有深遠(yuǎn)的誤導(dǎo)性，是一個(gè)危險(xiǎn)的領(lǐng)域。

自古希臘的原子論和哥白尼顛覆唯我論的世界觀以來(lái)，我們一直在玩弄多重世界的概念，認(rèn)為宇宙中充滿了行星，行星上可能有這有那。天文學(xué)家探測(cè)周圍的世界，甚至離我們的太陽(yáng)最近的恒星。然而，我們周圍的宇宙是荒地一塊，就跟我童年時(shí)的那個(gè)花園一樣不討人喜歡。

20世紀(jì)90年代，情況發(fā)生了變化。先有人證實(shí)，在一個(gè)遙遠(yuǎn)的脈沖星周圍有行星大小的物體在環(huán)繞軌道運(yùn)行。脈沖星是超新星爆發(fā)遺留下來(lái)的快速旋轉(zhuǎn)的超密度恒星殘骸，一般會(huì)定期噴出脈沖。它的規(guī)律性令人驚奇，但這個(gè)脈沖星有小小的變化，表現(xiàn)出行星體的引力拖拽。沒(méi)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間，到了1995年，天文學(xué)界探測(cè)到一顆環(huán)繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的巨大行星。這顆恒星很像我們的太陽(yáng)，被命名為飛馬座51。它是通過(guò)射譜儀探測(cè)到的，同時(shí)也記錄到了一個(gè)未知引力在這顆恒星上引發(fā)的細(xì)微的多普勒頻移。飛馬座51的伴星質(zhì)量是木星質(zhì)量的1/2，公轉(zhuǎn)一周需要4.2個(gè)地球日，與水星軌道非常相似。在其他恒星周圍發(fā)現(xiàn)的另外兩顆行星——處女座70b和天鵝座16Bb，進(jìn)一步動(dòng)搖了太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)的完整理論。這些行星的軌道呈高橢圓形，因此，圍繞其母恒星運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，造成的母恒星自身的往復(fù)擺動(dòng)幅度很大。

此后，我們發(fā)現(xiàn)的行星的數(shù)量超過(guò)了兩位數(shù)，接著是三位數(shù)，現(xiàn)在搖搖擺擺地上升到一兩千顆，可能還會(huì)更多，這要看我們對(duì)自己的探測(cè)方法有多大的信心。的確，擴(kuò)展我們的外星世界目錄所遇到的最大障礙是恒星天體物理學(xué)這門很麻煩的科學(xué)，與我們的工具有力無(wú)力倒關(guān)系不太大。一顆恒星可視面等離子的上下涌動(dòng)造成的測(cè)量誤差和統(tǒng)計(jì)噪聲，使周圍行星的微妙效應(yīng)模糊化。在這種條件下尋找行星就像在刮著颶風(fēng)的麥田里通過(guò)一只鳥兒飛過(guò)麥田引起的微弱擺動(dòng)尋找這只鳥一樣。

那么，宇宙中到底有多少顆行星？我先介紹一下最新的具有代表性的例子吧，這就是美國(guó)航空航天局的開普勒項(xiàng)目。開普勒望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)銀河系遙遠(yuǎn)的一片空間，耐心地觀察大約14萬(wàn)顆恒星，尋找從恒星面前飛過(guò)的蚊子大小的光點(diǎn)。根據(jù)哈佛天文學(xué)家?guī)鞝柼貎?nèi)·德萊辛和大衛(wèi)·夏邦諾于2013年2月在《天體物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表的文章，這項(xiàng)研究聚焦在小于太陽(yáng)的恒星上。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)小恒星的行星比較容易被捕捉到，而且小恒星遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于大恒星。這些恒星被稱為M矮星和K矮星，其質(zhì)量從太陽(yáng)的1/10至1/2不等。在我們的星系鄰居中，大約75%的恒星都屬于這一類，用來(lái)做統(tǒng)計(jì)非常好。以我們現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來(lái)看，這類小恒星中有90%周圍有直徑為地球直徑1/2至4倍的行星在運(yùn)轉(zhuǎn)，軌道周期為51個(gè)地球日或更少。體積較大和軌道較大的行星也非常多，大小與地球相似且處于宜居帶的行星數(shù)量大約占到1/7?？紤]到這些小行星在我們周圍的密度，距離地球16光年之內(nèi)擁有這類溫和世界的可能性有95%。我們的銀河系可能有230億顆恒星，每顆恒星都可能擁有地球大小的行星，其表面的溫度適合生物生存。

230億是一個(gè)大約的數(shù)字，或者多一些，或者少一些，與其他估計(jì)大致吻合。有些研究得出的地球大小的行星數(shù)量接近170億，它們的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道和結(jié)構(gòu)各不相同。還有人暗示，這個(gè)數(shù)字大約是60億，但只限于大小接近地球的行星。如果我們的統(tǒng)計(jì)延伸至被稱為超級(jí)地球的稍大一點(diǎn)的行星，這個(gè)數(shù)字又得回到數(shù)百億。不管你準(zhǔn)備如何切分宇宙這塊蛋糕，結(jié)果都是行星占一大塊，我們很樂(lè)意去研究它們，也許還能登陸其中一些。這個(gè)數(shù)字大得嚇人，宇宙似乎制造了大量這樣的溫和行星。

這意味著什么？我們對(duì)自己在宇宙中的位置感到困惑又意味著什么？這當(dāng)然說(shuō)明地球是宇宙里其他行星中的一員，并且至少有著某些共同特點(diǎn)。但我總覺(jué)得應(yīng)該還有更多的意味。難道沒(méi)有對(duì)我們提出的問(wèn)題——即宇宙的其他地方是否有其他生命存在——給出什么暗示？有，但不是我們最初想的那樣。

在談到存在其他世界時(shí)使用的“充分”“無(wú)限”這些概念，一直有著相當(dāng)?shù)恼T惑力。2000多年以前，哲學(xué)家德謨克利特曾這樣寫道：

有無(wú)數(shù)大小不同的世界，有些既沒(méi)有太陽(yáng)也沒(méi)有月亮，有些的太陽(yáng)和月亮比我們的大，有些不止一個(gè)太陽(yáng)或月亮……有些繁榮，有些衰落……有些既沒(méi)有動(dòng)物也沒(méi)有植物，就連水也沒(méi)有。

這樣的概念激勵(lì)了后來(lái)的原子論者，如伊壁鳩魯及其追隨者。他們文章中的這個(gè)字眼包括更多可觸摸到的多元模式：存在于無(wú)限空間內(nèi)的“無(wú)數(shù)大小不同的世界”的概念，近似于真正的行星和類地環(huán)境。當(dāng)然，不是每個(gè)人都同意這個(gè)觀點(diǎn)，持地球中心論的大師亞里士多德就竭力反對(duì)。endprint

到了16世紀(jì)中葉，當(dāng)哥白尼提出他大膽的宇宙觀，否定了地心說(shuō)時(shí)，新一代人開始想知道宇宙中是否充滿了像地球一樣的行星。在1600年的羅馬，神父、哲學(xué)家兼科學(xué)家焦?fàn)栠_(dá)諾·布魯諾因“異端邪說(shuō)”被綁在火刑柱上活活燒死，他的“異端”行為就包括他用力鼓吹“恒星是擁有自己行星的太陽(yáng)”之說(shuō)。稍后，法國(guó)博學(xué)的貝爾納·德·豐特奈爾在其《多元世界對(duì)話錄》（1686年）一書中，思考了所有恒星都有類似太陽(yáng)系一樣的世界的可能性。這些觀念一點(diǎn)一滴地積累起來(lái)，使得宇宙越來(lái)越大，我們?cè)谄渲械牡匚辉絹?lái)越小。

伏爾泰也參加了這一討論，在他的諷刺作品《微型巨人》（1752年）中，來(lái)自天狼星和土星的巨人對(duì)小小的地球及其微小的居民很是好奇，他們吃驚地發(fā)現(xiàn)地球人類竟然還擁有智能！這些優(yōu)越的智能生命給地球人留下一本旨在解釋存在意義的書，可是翻開一看是一片空白，什么也沒(méi)有。

宇宙中充滿行星的觀點(diǎn)得到了不同領(lǐng)域許多人的支持。自然哲學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯就是一位熱心者，天文學(xué)家威廉·赫歇爾也喜歡，詩(shī)人亞歷山大·蒲柏也是，他于1734年這樣吟道：

誰(shuí)能穿越浩瀚無(wú)垠的廣闊空間，

許多世界組成的宇宙他能看見。

觀察一個(gè)星系包含另一個(gè)星系，

許多行星圍繞自己的太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。

每個(gè)星球都有自己不同的居民，

方可明白上蒼是如何制造人類。

所有這些多元世界的夢(mèng)想都有一個(gè)驚人的共性，它們對(duì)一個(gè)假想沒(méi)有任何爭(zhēng)議：行星或類似行星的環(huán)境等同于生命，生命也等同于行星似的環(huán)境。事實(shí)上，過(guò)去的思想家?guī)缀鯖](méi)有把行星的存在與行星上生命的存在分開。今天，我們能夠這樣做，是個(gè)驚人之舉。

當(dāng)然，今天的天文學(xué)家常常為有沒(méi)有合適大小和結(jié)構(gòu)的行星，行星上有沒(méi)有液態(tài)水，也就是說(shuō)有沒(méi)有適合居住的區(qū)域而煩惱。我們認(rèn)為行星上不一定有居民可是天文學(xué)家和像我這樣的天體生物學(xué)家卻一天又一天地想方設(shè)法計(jì)算哪個(gè)行星擁有蘊(yùn)藏生命的特點(diǎn)。

然而，盡管如此謹(jǐn)慎，我們的想法還是有些一廂情愿，我們?nèi)匀辉谙＜侥軌蛘业缴Ｏ裎业暮芏嗤乱粯?，我在很多?chǎng)合都把行星與生命混為一談。但是，我們與過(guò)去那些多元論的倡導(dǎo)者在關(guān)鍵問(wèn)題上是不同的：我們有著他們從未有過(guò)的信息。我們能夠證實(shí)有大量行星的存在，這已經(jīng)不再是原子論者的夢(mèng)想。然而，大量行星存在本身并沒(méi)有增大生命存在于宇宙其他地方的幾率，只是從根本上改變了這個(gè)問(wèn)題的性質(zhì)，而這種性質(zhì)的改變反過(guò)來(lái)將我們導(dǎo)向更加深刻而且相當(dāng)令人震驚的真理。為了理解這個(gè)真理，讓我們回到那年春天我家花圃里的那塊孤零零的根莖，把它帶到宇宙的領(lǐng)域里來(lái)。

讓我們?cè)O(shè)想一種不同的現(xiàn)實(shí)：我們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)是星系中唯一擁有行星的恒星，或者說(shuō)整個(gè)宇宙中只此一例。關(guān)于自然發(fā)生的概率，它能說(shuō)明什么問(wèn)題？如果認(rèn)為我們的存在是肯定的證據(jù)，說(shuō)明只要有行星存在，生命就極有可能存在。這樣想是很有誘惑力的。假如不是這樣，存在一個(gè)恒星系就會(huì)有生命的可能性似乎是捕風(fēng)捉影。

可這是事后分析，因此具有誤導(dǎo)性。生命存在于這個(gè)想象中的孤獨(dú)地球上的事實(shí)，并不能告訴我們生命的存在是很有可能還是極其不可能。因?yàn)槿绻覀儧](méi)有出現(xiàn)在這個(gè)星球上，那就無(wú)從談起這個(gè)問(wèn)題。無(wú)論我們出現(xiàn)的幾率多么微小，比如說(shuō)十億分之一，或是一臺(tái)可以產(chǎn)生生命的儀器的產(chǎn)物，結(jié)果在事后的觀察者看來(lái)都是一樣的。這就像童年的我，因?yàn)樵谝淮笃氖復(fù)恋氐囊粋€(gè)點(diǎn)上很快找到一塊根莖而希望大增。

當(dāng)然，這并不完全公平。在真實(shí)宇宙中，微生物在地球形成數(shù)億年后似乎就已經(jīng)出現(xiàn)，這個(gè)事實(shí)里包含了一丁點(diǎn)兒信息——宇宙中的生命可能就是這樣產(chǎn)生的。但是，僅有這一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，不會(huì)對(duì)自然發(fā)生的幾率帶來(lái)多少有意義的條件。生命可以經(jīng)常突然出現(xiàn)，或者極其稀少，我們不知道會(huì)是哪種情況。

可是，如果我們?cè)谶@個(gè)想象的宇宙里找到了第二個(gè)行星，它圍繞另一個(gè)恒星運(yùn)行，而且可能蘊(yùn)藏著生命，那會(huì)怎么樣呢？（假設(shè)我們能夠檢測(cè)到這個(gè)第二世界是否有生命存在。）不管答案是肯定的還是否定的，我們都能極大地促進(jìn)自己有關(guān)自然發(fā)生幾率的知識(shí)。在這個(gè)假想的宇宙中，如果我們發(fā)現(xiàn)的可居住行星越多，我們的檢測(cè)能力就越強(qiáng)，這樣一來(lái)，我們就能建立并改進(jìn)生命存在可能性的數(shù)學(xué)模型。

現(xiàn)在，讓我們回到自己的宇宙中來(lái)。這里到處都是中等大小的行星，有幾百億顆。這能告訴我們什么呢？它不能告訴我們生命多么常見，但是可以給我們一個(gè)發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。如果我們生活在一個(gè)只有幾顆行星的宇宙里，即使這些行星上都有生命存在，就像早先那些多元論倡導(dǎo)者想象的那樣，我們也永遠(yuǎn)都不能精確地推斷自然發(fā)生的真正概率，也不會(huì)有幸在可及范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)世界，在銀河系這個(gè)茫茫星空中一無(wú)所得。數(shù)以十億計(jì)的行星給了我們書寫方程的機(jī)會(huì)，給了我們確定可居住性與真正居住之間的關(guān)系的機(jī)會(huì)，而且可能還有更多的意義。

在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，科學(xué)家已經(jīng)注意到我們這個(gè)宇宙的許多根本物理特性，從引力到確定原子結(jié)構(gòu)的基本常數(shù)，它們與生命存在的必備條件似乎精確匹配。如果改變一些常數(shù)，就不會(huì)有太陽(yáng)這樣的恒星，就不會(huì)有像碳這樣的建造復(fù)雜分子的重元素，也不會(huì)有其他種種。

當(dāng)然，如果事情不是現(xiàn)在這個(gè)樣子，我們就不會(huì)坐在這里來(lái)表示關(guān)注，這是顯而易見的事情。在這個(gè)意義上，認(rèn)為宇宙擁有生命這種明顯的“微調(diào)”只是一種選擇效應(yīng)，是我們存在所不可避免的偏見。如果假設(shè)我們的宇宙是唯一的宇宙，是曾經(jīng)存在的唯一現(xiàn)實(shí)，那么自然的這種“微調(diào)”就尤為神秘。既然是這么一個(gè)一次性的宇宙，里面又是些又小又臟的分子碎屑（即所謂的生命），那還微調(diào)它干什么？這是一個(gè)棘手的問(wèn)題，會(huì)引來(lái)各種各樣有趣的解釋，有時(shí)甚至?xí)忉尩煤墀偪?。但是基礎(chǔ)物理學(xué)和宇宙學(xué)也許能解開這個(gè)奧秘。

自從美國(guó)哲學(xué)家和心理學(xué)家威廉·詹姆斯于1895年首創(chuàng)“多元宇宙”這個(gè)詞以來(lái)，已經(jīng)有越來(lái)越多的理由認(rèn)為我們的宇宙實(shí)際上是許多宇宙之一，是被距離和時(shí)間或維度分隔的其他空間中多元宇宙的一個(gè)組成部分。有些理論框架表明，宇宙的數(shù)量可能有10的10次方的16次方那么多。我們對(duì)宇宙的探索表明，孕育了我們宇宙并使其膨脹的了不起的能量，以及真空量子物理學(xué)，也適合生成所有其他的宇宙。我們甚至還有機(jī)會(huì)通過(guò)天體物理學(xué)的方法檢測(cè)它。如果這個(gè)理論成立，我們微調(diào)后的宇宙就不再神秘，而成為更大的多元宇宙的一個(gè)組成部分，一個(gè)適合生命產(chǎn)生的組成部分。

我們這個(gè)富有行星的宇宙的特別之處在于，它既適合生命生存，也適合探索生命。如果我們回到假想的唯一星系的宇宙中去，我們就無(wú)法了解生命發(fā)生的幾率。我們生活的宇宙讓我們能夠估量自己的重要性。現(xiàn)在，我們對(duì)生命和宇宙性質(zhì)的理解并未說(shuō)明這一點(diǎn)的必要性，然而事情就是如此。

現(xiàn)在，我們還不清楚能否解開這個(gè)奧秘。首先，我們需要建立自然發(fā)生的方程，深挖天體物理學(xué)的土壤，去宇宙中尋找孕育生命的地方，探索大自然的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。這種方式是直截了當(dāng)?shù)模赫业礁囝愃频厍虻氖澜?，在其表面搜尋生命的化學(xué)特征。雖然這很不容易，但是像20多年前那樣，現(xiàn)在我們知道有一個(gè)星系的行星可供我們追尋，只要我們堅(jiān)持，這個(gè)方程就一定能建立起來(lái)。

從非?，F(xiàn)實(shí)的意義上來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作的可能性本身已經(jīng)改變了我們的宇宙，不是因?yàn)樗嬖V了我們其他星球上有生命的新數(shù)據(jù)，而是因?yàn)樗言u(píng)估我們的重要性和我們宇宙的孤獨(dú)性提高到一個(gè)新的水平。我們宇宙的基本特性不僅與生命的需要調(diào)和一致，還讓我們看到了探索的希望，使我們能夠發(fā)現(xiàn)生命產(chǎn)生的幾率、生命的起源，也許還有這種調(diào)節(jié)本身的真正原因。如果你仔細(xì)想一想這個(gè)問(wèn)題，多想幾遍，你會(huì)意識(shí)到，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦所說(shuō)的“宇宙最不能理解之處是它可以被理解”這句話是很有道理的。endprint