宇宙中只有我們地球人存在嗎？

卡里布·沙爾夫

小時候我住在英格蘭鄉(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看，春天應不應該做這件事。我還記得當時那些小根莖那么耐寒，竟然活過了嚴酷的冬天，安靜地等待著陽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。從我幼小的心靈來看，那塊土地似乎很大，而且也很空曠。很快，我摸到一個小小的硬塊，周圍是粒狀的土塊，差點看不出來。我終于找到了我的第一塊寶貴的根莖。

我只搜尋了一小會兒，就已經找到了一塊根莖。這一下把這沒勁的活動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挖出好幾抱，我將得到巨大的財富，也會受到大人的夸獎。

可惜情況不是我想象的那樣。整個下午我就找到那么一塊。我捅呀捅，戳呀戳，挖呀挖，兩只手越來越酸痛，那片黑土搖身一變，成了巨大無邊的不毛之地。怎么會是這樣呢？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。長大后我仍然在很多場合回想起這件事，因為像我這樣的天體生物學家每天都在茫茫宇宙中搜尋其他生命。這是一個極其有趣、極富挑戰(zhàn)而且極其令人失望的問題。

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恒星系的一顆行星上有生命存在，它在一個擁有十億萬億顆恒星的宇宙中漂泊著，小小的那么一點，那就是我們的家。我們在這個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的誤導性，是一個危險的領域。

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

20世紀90年代，情況發(fā)生了變化。先有人證實，在一個遙遠的脈沖星周圍有行星大小的物體在環(huán)繞軌道運行。脈沖星是超新星爆發(fā)遺留下來的快速旋轉的超密度恒星殘骸，一般會定期噴出脈沖。它的規(guī)律性令人驚奇，但這個脈沖星有小小的變化，表現(xiàn)出行星體的引力拖拽。沒過多長時間，到了1995年，天文學界探測到一顆環(huán)繞恒星運轉的巨大行星。這顆恒星很像我們的太陽，被命名為飛馬座51。它是通過射譜儀探測到的，同時也記錄到了一個未知引力在這顆恒星上引發(fā)的細微的多普勒頻移。飛馬座51的伴星質量是木星質量的1/2，公轉一周需要4.2個地球日，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，進一步動搖了太陽系結構的完整理論。這些行星的軌道呈高橢圓形，因此，圍繞其母恒星運轉時，造成的母恒星自身的往復擺動幅度很大。

此后，我們發(fā)現(xiàn)的行星的數(shù)量超過了兩位數(shù)，接著是三位數(shù)，現(xiàn)在搖搖擺擺地上升到一兩千顆，可能還會更多，這要看我們對自己的探測方法有多大的信心。的確，擴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這門很麻煩的科學，與我們的工具有力無力倒關系不太大。一顆恒星可視面等離子的上下涌動造成的測量誤差和統(tǒng)計噪聲，使周圍行星的微妙效應模糊化。在這種條件下尋找行星就像在刮著颶風的麥田里通過一只鳥兒飛過麥田引起的微弱擺動尋找這只鳥一樣。

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，這就是美國航空航天局的開普勒項目。開普勒望遠鏡瞄準銀河系遙遠的一片空間，耐心地觀察大約14萬顆恒星，尋找從恒星面前飛過的蚊子大小的光點。根據(jù)哈佛天文學家?guī)鞝柼貎取さ氯R辛和大衛(wèi)·夏邦諾于2013年2月在《天體物理學報》上發(fā)表的文章，這項研究聚焦在小于太陽的恒星上。這是因為經過小恒星的行星比較容易被捕捉到，而且小恒星遠遠多于大恒星。這些恒星被稱為M矮星和K矮星，其質量從太陽的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，用來做統(tǒng)計非常好。以我們現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來看，這類小恒星中有90%周圍有直徑為地球直徑1/2至4倍的行星在運轉，軌道周期為51個地球日或更少。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。考慮到這些小行星在我們周圍的密度，距離地球16光年之內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。

230億是一個大約的數(shù)字，或者多一些，或者少一些，與其他估計大致吻合。有些研究得出的地球大小的行星數(shù)量接近170億，它們的運轉軌道和結構各不相同。還有人暗示，這個數(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)計延伸至被稱為超級地球的稍大一點的行星，這個數(shù)字又得回到數(shù)百億。不管你準備如何切分宇宙這塊蛋糕，結果都是行星占一大塊，我們很樂意去研究它們，也許還能登陸其中一些。這個數(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？我們對自己在宇宙中的位置感到困惑又意味著什么？這當然說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。但我總覺得應該還有更多的意味。難道沒有對我們提出的問題——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使用的“充分”“無限”這些概念，一直有著相當?shù)恼T惑力。2000多年以前，哲學家德謨克利特曾這樣寫道：

有無數(shù)大小不同的世界，有些既沒有太陽也沒有月亮，有些的太陽和月亮比我們的大，有些不止一個太陽或月亮……有些繁榮，有些衰落……有些既沒有動物也沒有植物，就連水也沒有。

這樣的概念激勵了后來的原子論者，如伊壁鳩魯及其追隨者。他們文章中的這個字眼包括更多可觸摸到的多元模式：存在于無限空間內的“無數(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。當然，不是每個人都同意這個觀點，持地球中心論的大師亞里士多德就竭力反對。endprint

到了16世紀中葉，當哥白尼提出他大膽的宇宙觀，否定了地心說時，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、哲學家兼科學家焦爾達諾·布魯諾因“異端邪說”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”之說。稍后，法國博學的貝爾納·德·豐特奈爾在其《多元世界對話錄》（1686年）一書中，思考了所有恒星都有類似太陽系一樣的世界的可能性。這些觀念一點一滴地積累起來，使得宇宙越來越大，我們在其中的地位越來越小。

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，來自天狼星和土星的巨人對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，什么也沒有。

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

誰能穿越浩瀚無垠的廣闊空間，

許多世界組成的宇宙他能看見。

觀察一個星系包含另一個星系，

許多行星圍繞自己的太陽旋轉。

每個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想都有一個驚人的共性，它們對一個假想沒有任何爭議：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。事實上，過去的思想家?guī)缀鯖]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，是個驚人之舉。

當然，今天的天文學家常常為有沒有合適大小和結構的行星，行星上有沒有液態(tài)水，也就是說有沒有適合居住的區(qū)域而煩惱。我們認為行星上不一定有居民可是天文學家和像我這樣的天體生物學家卻一天又一天地想方設法計算哪個行星擁有蘊藏生命的特點。

然而，盡管如此謹慎，我們的想法還是有些一廂情愿，我們仍然在希冀能夠找到生命。像我的很多同事一樣，我在很多場合都把行星與生命混為一談。但是，我們與過去那些多元論的倡導者在關鍵問題上是不同的：我們有著他們從未有過的信息。我們能夠證實有大量行星的存在，這已經不再是原子論者的夢想。然而，大量行星存在本身并沒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問題的性質，而這種性質的改變反過來將我們導向更加深刻而且相當令人震驚的真理。為了理解這個真理，讓我們回到那年春天我家花圃里的那塊孤零零的根莖，把它帶到宇宙的領域里來。

讓我們設想一種不同的現(xiàn)實：我們發(fā)現(xiàn)太陽是星系中唯一擁有行星的恒星，或者說整個宇宙中只此一例。關于自然發(fā)生的概率，它能說明什么問題？如果認為我們的存在是肯定的證據(jù)，說明只要有行星存在，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，存在一個恒星系就會有生命的可能性似乎是捕風捉影。

可這是事后分析，因此具有誤導性。生命存在于這個想象中的孤獨地球上的事實，并不能告訴我們生命的存在是很有可能還是極其不可能。因為如果我們沒有出現(xiàn)在這個星球上，那就無從談起這個問題。無論我們出現(xiàn)的幾率多么微小，比如說十億分之一，或是一臺可以產生生命的儀器的產物，結果在事后的觀察者看來都是一樣的。這就像童年的我，因為在一大片荒蕪土地的一個點上很快找到一塊根莖而希望大增。

當然，這并不完全公平。在真實宇宙中，微生物在地球形成數(shù)億年后似乎就已經出現(xiàn)，這個事實里包含了一丁點兒信息——宇宙中的生命可能就是這樣產生的。但是，僅有這一個數(shù)據(jù)點，不會對自然發(fā)生的幾率帶來多少有意義的條件。生命可以經常突然出現(xiàn)，或者極其稀少，我們不知道會是哪種情況。

可是，如果我們在這個想象的宇宙里找到了第二個行星，它圍繞另一個恒星運行，而且可能蘊藏著生命，那會怎么樣呢？（假設我們能夠檢測到這個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自己有關自然發(fā)生幾率的知識。在這個假想的宇宙中，如果我們發(fā)現(xiàn)的可居住行星越多，我們的檢測能力就越強，這樣一來，我們就能建立并改進生命存在可能性的數(shù)學模型。

現(xiàn)在，讓我們回到自己的宇宙中來。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發(fā)現(xiàn)的機會。如果我們生活在一個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者想象的那樣，我們也永遠都不能精確地推斷自然發(fā)生的真正概率，也不會有幸在可及范圍內發(fā)現(xiàn)這樣一個世界，在銀河系這個茫茫星空中一無所得。數(shù)以十億計的行星給了我們書寫方程的機會，給了我們確定可居住性與真正居住之間的關系的機會，而且可能還有更多的意義。

在過去的一個世紀里，科學家已經注意到我們這個宇宙的許多根本物理特性，從引力到確定原子結構的基本常數(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)，就不會有太陽這樣的恒星，就不會有像碳這樣的建造復雜分子的重元素，也不會有其他種種。

當然，如果事情不是現(xiàn)在這個樣子，我們就不會坐在這里來表示關注，這是顯而易見的事情。在這個意義上，認為宇宙擁有生命這種明顯的“微調”只是一種選擇效應，是我們存在所不可避免的偏見。如果假設我們的宇宙是唯一的宇宙，是曾經存在的唯一現(xiàn)實，那么自然的這種“微調”就尤為神秘。既然是這么一個一次性的宇宙，里面又是些又小又臟的分子碎屑（即所謂的生命），那還微調它干什么？這是一個棘手的問題，會引來各種各樣有趣的解釋，有時甚至會解釋得很瘋狂。但是基礎物理學和宇宙學也許能解開這個奧秘。

自從美國哲學家和心理學家威廉·詹姆斯于1895年首創(chuàng)“多元宇宙”這個詞以來，已經有越來越多的理由認為我們的宇宙實際上是許多宇宙之一，是被距離和時間或維度分隔的其他空間中多元宇宙的一個組成部分。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，也適合生成所有其他的宇宙。我們甚至還有機會通過天體物理學的方法檢測它。如果這個理論成立，我們微調后的宇宙就不再神秘，而成為更大的多元宇宙的一個組成部分，一個適合生命產生的組成部分。

我們這個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，我們對生命和宇宙性質的理解并未說明這一點的必要性，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，深挖天體物理學的土壤，去宇宙中尋找孕育生命的地方，探索大自然的點點滴滴。這種方式是直截了當?shù)模赫业礁囝愃频厍虻氖澜纾谄浔砻嫠褜ど幕瘜W特征。雖然這很不容易，但是像20多年前那樣，現(xiàn)在我們知道有一個星系的行星可供我們追尋，只要我們堅持，這個方程就一定能建立起來。

從非常現(xiàn)實的意義上來說，這項工作的可能性本身已經改變了我們的宇宙，不是因為它告訴了我們其他星球上有生命的新數(shù)據(jù)，而是因為它把評估我們的重要性和我們宇宙的孤獨性提高到一個新的水平。我們宇宙的基本特性不僅與生命的需要調和一致，還讓我們看到了探索的希望，使我們能夠發(fā)現(xiàn)生命產生的幾率、生命的起源，也許還有這種調節(jié)本身的真正原因。如果你仔細想一想這個問題，多想幾遍，你會意識到，阿爾伯特·愛因斯坦所說的“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