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发布时间:2020-06-15 01:58:10

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作者:凯莱布·沙夫

出版社:浙江人民出版社

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如果,哥白尼错了

如果,哥白尼错了试读:

版权信息本书纸版由浙江人民出版社于2019年9月出版作者授权湛庐文化(Cheers Publishing)作中国大陆(地区)电子版发行(限简体中文)版权所有·侵权必究书名:如果,哥白尼错了著者:凯莱布·沙夫电子书定价:71.99元THE COPERNICUS COMPLEX: Our Cosmic Significance in a Universe of Planets and Probabilities by Caleb ScharfCopyright © 2014 by Caleb ScharfPublished by arrangement with Scientific American, an imprint of Farrar, Straus and Giroux, LLC, New York.序幕从微观世界到浩渺宇宙

这一切都始于一滴水。

身为窗帘商人,同时也是位正在成长的科学家的安东尼·列文虎1克(Antony van Leeuwenhoek),此时正紧闭着一只眼,另一只眼专注地用一个由一小片碱石灰玻璃制成的镜头看着什么。在这个亮晶晶的小东西的另一头,是一滴湖水的样本,是他前几天在荷兰代尔夫特市郊游时舀回来的。当他调整仪器,放松眼睛重新聚焦时,列文虎克突然发现自己一头栽进了一个全新的世界,一个充满异域风情的都市。

在这一滴水的世界内,遍布着蜷曲的螺旋状物体、蠕动的斑点和带有细长尾巴的钟状生物,它们摆动着、回转着,忙碌地游来游去,对正注视着它们的列文虎克视而不见。这一切,列文虎克之前从未见过。这是令人震惊的一幕。此时,列文虎克不只是一个渺小的人,还是一个如宇宙般宏大的巨人,观察着另一个不包含他的世界。如果这滴水能够自成一个宇宙,那么另一滴,再一滴,以及地球上所有的水滴呢?

这一年是1674年,正处于西方科学与思想发生深刻变化的时期。一个多世纪以前,波兰科学家、博学家尼古拉·哥白尼(Nicolaus Copernicus)出版了《天体运行论》(De revolutionibus orbium coelestium),开启了“天球的革命”。在该书中,哥白尼提出了他已完成的宇宙日心说模型,将地球从宇宙的中心移到了次一级的位置,表明地球自转并围绕着太阳公转——这次降级将重新书写人类这一物种的科学史。

几十年后,意大利人伽利略·伽利雷(Galileo Galilei)发明创造了望远镜,并观测到了木星的卫星和金星的相位,进而说服了自己,哥白尼的观点是正确的——彼时,伽利略的观点被视为异端邪说,当其受到罗马宗教裁判所的审查时,伽利略付出了高昂的代价。同时代的德国人约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler)通过罗列出行星轨道、包括地球本身的轨道而更进一步,表明轨道并非完美的圆形,而是偏心椭圆,使得当时关于宇宙的所有观念都变得站不住脚。而从我们知道的列文虎克凝视水滴的那一时期往后推十几年,伟大的英国科学家艾萨克·牛顿(Isaac Newton)出版了他的不朽巨作《自然哲学的数学原理》(Philosophia Naturalism Principia Mathematica,常简称为《原理》),提出了万有引力定律和牛顿力学,而这些理论将在不知不觉中使太阳系和宇宙的排列呈现出一种朴素的美,无须遵照物理学和数学之外的任何指引。无论以哪种标准评判,这一时刻都是人类历史上独一无二的。

安东尼·列文虎克于1632年出生于代尔夫特,来到了这个每天都变化万千的世界。他的童年时代相当平凡。除了基础教育,列文虎克并没有接受更多特别的教育。作为一个年轻人,他很快将自己打造成了一个从事亚麻织品与毛织品交易的成功商人。列文虎克也是一个充满好奇心、有着广泛兴趣的人,有一次他描述自己“渴望知识”,而这一性格特征最终促使他留下了大量的观察与著作遗产,这些都是关于他最伟大的发现——微观世界的。

1655年,列文虎克得到了一本英国科学家罗伯特·胡克(Robert 23Hooker)所写的伟大著作——《显微制图》(Micrographia)。《显微制图》是羽翼未丰的英国皇家学会的第一本重要出版物,第一本畅销的科学著作,内容丰富而详细,是最令人难以置信的、包含万物放大纹理图的聚宝盆——从昆虫到矿物、鸟羽及植物。它是从另一双眼睛——显微镜下看到的世界的图集。

这种利用一系列镜片放大事物的技术在大约16世纪晚期刚刚出4现。组合型显微镜使目光敏锐、思维敏捷的胡克能够绘制出所有这些不可思议的东西,仿佛它们就在每个人的眼皮底下。但即使是胡克所拥有的最好的显微镜,也只能放大10~50倍。更深的底层可能会有什么呢?对列文虎克来说,这一谜团引发的好奇心让他无法抗拒,于是他开始自学必要的光学技术,来探索这个神秘的未知世界。5

直至今日,人们对于列文虎克究竟如何制造出他的显微镜尚存疑惑。他本人对这一切讳莫如深,颇具戏剧性的是,他总在家里大门紧闭地忙碌着。但从他遗赠给英国皇家学会的仪器和拜访过他家的客人的说法来看,我们知道,他主要的成果是打磨得十分微小的、完美的玻璃珠——可能通过将玻璃纤维拉长、融化并将尾端黏合在一起的方法制得。然后他将这些球形镜片以毫米级的焦距安装在带有螺旋状的悬臂的小黄铜板上,这使得样本能够正好处于镜片前。将这样一块平板置于眼前,列文虎克能够获得惊人的放大倍数,最好的情况甚至可以放大到500倍(见图0-1)。图0-1 列文虎克显微镜的模拟示意图注:样本可以放置在可调节金属探针的尖端,探针正处于固定玻璃镜片的平板的开口前方。将它放置于眼前时,光学系统便形成了。

列文虎克制作了不止一个或几个显微镜,在创新爆发的时代,他6制作了超过200个显微镜。事实上,他几乎为所有他想要研究的对象都制作了一个显微镜,并且每一次都是量身打造。因此,几年之后,71674年9月的一天,这位商人可以将这滴命中注定的水放在为它量身定制的显微镜观测台上。

列文虎克对光学的过人天赋将他带到了微观世界,而非外太空,8这可能也是一段相当令人震惊的旅程。在这些水滴里,他发现了当时尚不为人所知的生物组织。它们太小,难以用肉眼看到,从而躲开了人类的窥视。列文虎克很快就意识到,如果这些微小的生命形式能够在一滴水中存活,那么它们就可以在任何地方存活,于是他将自己的观察扩大到了其他领域。9

这些“其他领域”包括极少受到关注的人类嘴巴的角落和缝隙、黏糊的唾液,以及人牙齿上的斑块。将这些样本放在镜头下,列文虎克发现了更多的东西:几十、几百、几千个更小的“微生物”在令人相当厌恶的“海洋”中欢快地游动着。这些各不相同而又充满活力的生物,使人类第一次实现了对细菌这个单细胞物种的惊人一瞥。而如今我们已经知道,细菌存在于地球上大多数的生物体内,其绝对数量和多样性超过其他一切事物,正如它们在过去的30亿~40亿年内一样。

我常常会思考,当列文虎克看到这些蜂拥而至的“微生物”时会有何感受。不难想象,他一定很惊奇——列文虎克的笔记和著作显示,他对能够揭露之前所有人都看不到的世界满怀欣喜,而且他花费了随后几年的时间来探索和记录越来越多的标本和样本。但列文虎克是否曾经想过,这些游动、旋转的小生物也在回望着他呢?他是否好奇,那滴水里的占领者会不会正在忙着证明它们是宇宙的中心,并试图推导出它们所在世界的力学也可能包括正在注视着它们的那双巨大的眼睛?

并没有什么证据能证明列文虎克考虑过这些问题。人们当然对这样的发现感到很激动,但也没有太多现象表明列文虎克或者当时的任何人思考过任何的宇宙意义。在我看来相当不可思议的是,当时竟没有人冲到大街上喊出这一新闻:“我们并不孤单!我们周边充满了小10生物!”似乎当时的人们并不认为,他们在宇宙中的地位会因为基于显微镜的发现而发生翻天覆地的变化——即使有人揭露了一个并不包含人类自身的现实世界。

公平地说,这当中有部分原因是,当时人们尚未认识到微生物与他们的生活之间的真实关系。直到又一个200年后,也就是19世纪中11期时,人们才真正意识到细菌会引发疾病。在那之后的又一个世纪,人们才意识到这些微观世界的“居民”如何成了人类基本组成的一部分,成亿地群居在人的肠道内,与人的生理构造密不可分。即使到了现在——21世纪,我们也才刚刚开始了解这一引人瞩目的共生。

17世纪,列文虎克发现的微生物的地下世界仅被当作有趣的事实为世人所接受,很大程度上与人类的宇宙重要性并无关联。这一狭隘的观点不仅仅是时代的产物,它还反映了一种偏好,这种偏好深深地根植于人类奇特而又强大的心理,涉及人类最基本的进化史和生存本能。这是一种延续至今的行为,一种自动假设人类及其存在的意义凌驾于其他所有事物之上的偏好,丝毫不管摆在人类眼前的证据。

文化一定会发生变化,会改变人类对自然环境和共同居住者的尊重程度,但大部分人认为,人类整体的重要性远超出其渺小。这种唯我论的行为一再出现,尽管人类也一直想要知道自己是为何并如何存在的。也许我们感觉到,这些问题打开了某种场景的大门,让我们置身于流逝的宇宙时间和无关紧要的碎片构成的虚幻之中。最关键的证据莫过于哥白尼定律了,它证明了太阳而非地球占据了宇宙中心,自转的地球和其他行星一样,围绕着这颗炙热的球体旋转。这一世界观断言,人类并非所有存在的中心,人类并不“特殊”。事实上,我们和某些其他生物一样平凡无奇。

的确,在过去的500年里,科学见证了人类的重要地位比历史上其他任何时期都动摇得厉害。现代光学、天文学、生物学、化学和物理学的交叠变革揭示出人类只占据自然世界的一小部分;我们通常意义上的世界既不是微观世界,也不是宇宙,而只是这两者之间很狭窄的地带。现在是21世纪,我们正站在颠覆性事件终点的风口浪尖上,来探索生命是否存在于地球之外的其他星球的真正可能性。我们也许会发现,人类终究就像代尔夫特湖中一滴水里的微生物一样,只占据了亿万世界中的一个而已。或者人类在宇宙中是孤独的,在大张的时间与空间之缝,人类不过是身处这个巨大裂缝的一个小小的孤独群体。

最令人惊奇的是,我们现在有理由相信,这些可能的结果与另一个更深层的问题相关:人类所在的宇宙本身,是否只是那些从最基本概念的真空中诞生的无数宇宙实体之一?这种想法绝对让人头晕目眩,与列文虎克第一次看到微观世界时产生的令人眩晕的感觉一样。《如果,哥白尼错了》这本书主要讲述我们如何得到这些问题的答案;探索、理解我们的宇宙意义是如何取得实际的进展的,以及在此过程中我们如何挑战了诸多成见与自负。我会论证目前已经可以得出的一些结论,并展示一个方法,表明它如何使我们对宇宙中生命的认识超越当下,达到更高的洞察力水平。

得到问题答案的关键是,要非常仔细地将最伟大的定律之一分解剖析,以服务于科学与哲学。这种想法的根源是朴素的,它们不过是我们对头顶这片天空白天与黑夜的体验。

我们会分析哥白尼提出的非中心现实如何合乎逻辑又令人信服,因为它有效地解释了太阳、月球以及天空中行星的运动,并且比以往的理论更加直白浅显地解释了这一切。但对和哥白尼同时期的很多人来说,这是个恐怖的观念。这一观念在神学上毫无吸引力,因为它暗示了人类并不重要,而且这一观念的某些部分在科学上也令人反感:它挑战了主流宇宙力学分析的核心思想。

随着时间的流逝,人类将非中心化观念扩展得更远。我们现在认为,任何取决于特殊起源或独特视角的科学理论从根本上说都是有问题的。这非常合理。如果这些归纳总结不是真的,适用于你的物理定律可能并不适用于你住在城里另一边的朋友,这是与我们所知的所有事都背道而驰的一种可能。然而,正如我接下来将讨论的,哥白尼定律作为普遍科学问题的一个包罗万象的指南,可能已经走到它能发挥作用的尽头了。

确实,当人类不再是宇宙中心并且现在已经知道宇宙无中心时,我们似乎在宇宙中占据了一个非常有趣的位置——在时间、空间及规模上。此前,关于这些有过大量讨论,有的最终假设地球是非常特殊的“罕见物”,特别是考虑到智慧生物技术上的发展。这个结论很极端,然而我并不相信它已被令人信服地证实。我会告诉你们原因。

尽管如此,环境的特殊性(我们在微生物世界与宇宙之间的地带,在绕着一颗年龄适当的恒星旋转的岩石行星上)依然对人类在宇宙中意义的推论,以及我们搜索宇宙中其他生命的方式影响最大。人类自身宇宙“位置”的特殊性也提供了重要线索。为了能够在确定的宇宙状态下实现真正有效的科学进展,我们必须找到一种方式,一种能够看到自身之平凡的方式。我将展示一种方法来实现这一点。

寻找人类的宇宙意义,解决哥白尼式平凡与我们认为的特殊之间的矛盾,这样的探索将带领我们从地球最久远的历史到达最大限度的未来,到达我们所在星系的行星系统;带领我们从天文学的伟大宇宙到达生物学的微观世界;也将带领我们到达宇宙起源科学研究的前沿——通过数学魔法与对自然的精妙观察进行的探索;还将引导我们坚定地审视自身所在的特殊的环境,以及人类在宇宙中的地位。

公元前3世纪,在爱琴海一处风景宜人的地方,沿着现今的土耳其西海岸,长满葡萄树的萨摩斯岛上,古希腊哲学家阿里斯塔克1(Aristarchus)有了个伟大的想法。他提出,地球是会自转并且绕着太阳旋转的,并将熊熊燃烧的太阳球放在了天空的中心位置。这至少是个大胆的想法——阿里斯塔克的“日心说”在当时是非常离谱的,而哥白尼重提这一概念时还在遥远的“未来”。

阿里斯塔克的成果记录只是只言片语,大部分记录又集中在他用来论证太阳比地球大得多的精妙几何分析上。但显然,他从这一视角得出了太阳是已知宇宙的中心以及恒星离地球异常遥远的结论。这对当时人们的疑问来说是一个巨大的、质的飞跃。它也要求人们能够理解被称为“视差”(parallax)的现象。

视差局限于大地与天体,这是个容易理解的概念。你可以这样做:闭上一只眼,举起一只手,五指张开,并从侧边去看,当你将头从一边移动到另一边时,随着你的着眼点或者视野角度发生变化,你会看到不同的手指一根接一根地出现又消失。视差远处物体出现位置的明显变化与彼此相关,取决于视线范围。这些物体离得越远,变化越不明显,而它们之间能够感知到的角度偏差也越小。

阿里斯塔克的部分大胆论证包含了这样一个事实,即夜晚天空上的恒星似乎并没有任何视差;它们从不会互相移动。所以他推理得出,如果地球不是固定在所有存在的中心,那么那些恒星一定非常遥远,以至于我们无法随地球位置的移动观测到它们的视差。

就在阿里斯塔克使这一观点变得众所周知前不久,伟大的哲学家亚里士多德因缺乏视差观念而否定了恒星比行星更遥远的可能。亚里士多德的观点建立在理智与常识之上。它基于甚至更早一些的观念,即地球是存在的中心。亚里士多德看待这一切的方式非常简单:如果无法观测到这些恒星视差——它们相对于其他恒星位置没有变化,那它们一定是固定在天空的某一层,围绕着地球,静止不动。

一切听起来都合乎逻辑,除了亚里士多德自己倡导的宇宙学(由他的导师柏拉图的思想总结得出)——这一宇宙学理论认为,宇宙由大约55个厚的水晶透明球体以同心圆形式嵌套在固定不动的地球外围构成,每个球体都带有行星和恒星。在这个地心说的宇宙中,地球是所有自然规律的中心,恒星和行星简单地遵循着永远围绕着地球的圆形路径,就像水晶球体一样在滑动旋转。2

你可能会问:为什么亚里士多德需要55个球形水晶层来建立他的宇宙学?部分原因是,他不得不对宇宙力学系统和力的转移做出解释。一个球体会摩擦到另一个球体,推动它绕圈——这是一个伟大的运动和机械构想,保证了所有物质都在天空中按轨迹行走。这一结构意图解决另一个未来的宇宙论者所面临的最为关键的问题;与恒星不同,行星在天空中的运行更为复杂。

这些复杂的移动是一大难题,阿里斯塔克以及后来的哥白尼试图通过置换地球来解决。行星“行星”一词来自希腊语短语“游走的恒星”(wandering star),而大部分拥有明亮的反射光线的行星确实在游走。行星似乎不只是做着与恒星有关的运动,在夜晚,可以明显地看到它们移动了位置;有时它们还会反转轨道,在继续行进之前上演几个月的天体翻跟头。类似金星和水星的行星甚至更为颠覆:它们经常无处可寻,行星轨道的速度在不同的时刻看上去都有快有慢,这些坏家伙的亮度也总在变化。

所以你可能认为,当阿里斯塔克提出日心说系统时,人们会长舒一口气,因为将地球放在绕太阳的圆形轨道上很容易就解释了为什么有很多奇怪的向后移动的行星——也就是后来人们所知的“逆行”运动。在这一结构中,产生如此奇怪行为的原因很简单,即我们自己的主视角随着地球本身以圆形轨道运行而发生了偏移。自然地,我们相对于行星的移动时而向前,时而向后,而我们与行星之间的距离也会产生变化,这使得它们看起来时而明亮,时而暗淡。

这简直是一个引人入胜的、有事实基础的想法,但很多人都讨厌它。如果地球在移动,恒星间应该会有非常明显的视差,当然不可能远到让人无法察觉。抛开缺乏可看到的视差不算,把地球从高级的中心位置移开就是可恶的:认为地球和人类不再是所有事物的核心实在荒唐,可怜的阿里斯塔克因此而受到重罚。

人们反感日心说,另一方面大概源于对这一想法暗含的多元主义的憎恶。与柏拉图和亚里士多德的倾向(主张神圣而唯一的地球创造)不同,德谟克里特(Democritus)和伊壁鸠鲁(Epicurus)等古希腊思想家反而拥护一幅现实来自不可分割的碎片与虚空的画面——原子与空间。当时的原子与我们现在所知的原子不同,是物质组成单元的哲学概念,可以被用来描述无数的架构。原子太小,无法被看到,它们有着实心的、统一的内部,而大小、形状、质量各不相同。原子的概念使得这些思想家认为,地球可能并不是独一无二的。事实远非如此,应该有无数个有人居住的世界,坐落于空间与时间的抽象形式里,这些构成了平行宇宙。毫不奇怪,许多世界并不会好好地坐在那儿,聆听柏拉图和亚里士多德的教诲。

相反,接下来的几十年里,一群自然哲学家追随阿里斯塔克,想3出了一个地心说“修正”的说辞,解释了行星划过天空时那些烦人的新奇运动,并且保证了地球仍然是宇宙独一无二的中心。他们解决天体运动困境的方法可能最初起源于阿里斯塔克和亚里士多德产生分歧之后的一个世纪内,大约在公元前2世纪,由天文学家、几何学家阿波罗尼奥斯(Apollonius of Perga)提出。

之后,这一解释归功于克罗狄斯·托勒密(Claudius Ptolemy)。他生活在阿里斯塔克之后约300年的时代。希腊罗马市民托勒密定居于罗马帝国统治下的埃及,他是个创作丰富的思想家,在很多问题上做出了意义非凡的贡献,包括天文学、地理学、星相学和光学等领域。最重要的是,他创作了一部天文学著作《天文学大成》(Almagest)4,其中关于宇宙的观点在接下来的1400年里仍然长盛不衰。

在托勒密的系统里,地球坚定地固定于宇宙的中心,外面围绕着月球、水星、金星,然后是太阳,接下来是火星、木星、土星,以及固定恒星的大毯子——所有的圆形轨道。为了使这一排列符合我们在天空中看到的复杂运动,他增加了一系列非常巧妙地沿着特殊圆形轨道(均轮和本轮,见图1-1)运行的额外运动。讽刺的是,这些额外运动的中心位于与地球有一定偏差的中心上(但在几个世纪里,这一小问题都被满腔热情的地心学说家忽略了)。图1-1 托勒密对地心说宇宙学中行星运动所做的几何解释(简版示意图)注:以火星为例,火星沿着一个小圆即本轮运动,本轮依次沿着更大的均轮运动。结果呢?火星在天空中的轨迹看上去就时前时后,随着运动时远时近。

在这样一个巧妙的排列里,行星和太阳沿着小一些的正圆运动,这种圆被称为本轮,而本轮自身依次沿着大一些的圆即均轮运动,这些圆围绕着与地球分离开来的一个点运动。最终结果与我们看到的行星运动路径的主要特点——行星一会儿在前、一会儿在后相符。为了满足这一点,托勒密的系统需要非常精确地调校,以符合实际观测到的行星轨迹,需要小心翼翼地计算每一个本轮和均轮的大小,并按顺序排列,给出最适合已知世界真实情况的可能。

即使构想如此巧妙,系统仍然无法满足所有期待——总与天文5学家测量的结果多少有些不同。行星会过早或过晚地到达指定的位置,但还不至于让每个人都垂头丧气。这毕竟是一个令人信服的模型,解释了太阳、月亮和行星以地球为圆心的运动轨迹和性质,以几何学的精确与真理为基础,并且契合这位伟大哲学家的思想。这一模型安抚了数学家和神学家们。

之后,随着托勒密的思想被纳入中世纪西方世界的宗教和哲学领域,这些思想又错综复杂地被归到一个统一的概念性框架里。就像动脉血管帮助保证了血液的流动,地心说的球体和那些本轮成了可见宇宙中机械动力的关键部分。如果你试图挑战地心说宇宙学,你就是在向整个科学体系、哲学以及宗教思想发出挑战——包括与之相关的权力行政机构。

不考虑地心说的重要性,在14世纪,哥白尼与托勒密之间的过渡时期,确实没有一个简单的、令人普遍接受的宇宙排列细节图。这种断层是宇宙学发展过程中最有趣的部分之一,或者至少是太阳系模型发展过程中最有趣的部分之一。在这个阶段,零散的思想与世界观通常只是在需要一个混合和匹配的宇宙时为方便起见而胡乱拼凑的。这取决于你想要的是一个以数学为基石的宇宙,还是一个更抽象的哲学宇宙。而所有这些思想,都是由回顾众多早已离世的古希腊思想家的不同假设与提议而得出的。

与宇宙论的历史同等重要的是,如此多的特性都依赖于当时可达到的测量精度。亚里士多德和阿里斯塔克并不是漫不经心地进行着天文的观测,他们严重受限于当时的条件,仅能用肉眼和简单的工具来测量角度和距离。这一限制意味着他们可能对恒星的视差移动这类问题毫无概念,只是单纯地假设其数值是0。

行星运动的数据本身精度也有限,知识的缺乏使亚里士多德和托勒密只看得到地心说模型,并且将更加详尽的地心说结构展现给世人。模型或许并不完美,但人类对宇宙的观测水平尚不足以反驳这些观点。

所以,直至15世纪晚期,人们在构造地球、行星、恒星的运动模型方面都没有什么真正的进展——特别是考虑到要被西方世界的宗教哲学领域接受、成为一体的需求。事实上,公平地说,以现代科学的眼光来看,中世纪的宇宙模型非常复杂且充满了矛盾。做出巨大改变的时机已经成熟,所需要的只是一个合适的人。天球的革命

尼古拉·哥白尼出生于1473年2月19日,成长于普鲁士,不久后这里就被割让给了波兰。哥白尼运气不错,出生于一个家境富裕且见多识广的家庭。他接受了良好的教育:包括深入细致的哲学基础教育(在古希腊,这是工作前必不可少的预设课程),还有数学及自然科学——包括天文学的教育。哥白尼十分渴求知识,终其一生,他都没有逃避困难的工作,甚至在科学调查之余还创作诗歌,并参与政治事务。

早期的学习助哥白尼前往意大利进一步求学,在那里,他对天文观测越来越感兴趣——特别是对托勒密系统中月球与行星行为测量出偏差的相关部分。这一时期,其他的观测者也意识到了这些偏差,但勤奋的哥白尼特别注意这一点,经常打破常规,想要找到答案,渴望发现一个比托勒密多年以前设计的那个模型更精确的模型。

16世纪早期,哥白尼起草了之后成为其完整太阳系日心说模型基础的草稿——40页的短论《天体运动假说》(Commentariolus)。在他有生之年,这本短论从未正式出版过,一部分副本却在有限的范围内流行起来,引起了同时代人的兴趣与重视。毫无疑问,另一些主流支持者则对此不屑一顾。该短论的内容也许很少,但包含了七大重6要而有远见的公理。

用现代语言来解释这些的话,以下就是哥白尼关于宇宙的认知:

● 不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心;

● 地球只是引力中心和月球轨道的中心,并不是宇宙的中心;(1)

● 所有天体都绕太阳运转,宇宙的中心在太阳附近;

● 地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的;

● 在天空中看到的任何运动,都是地球运动引起的;

● 在天空中看到的太阳运动的一切现象,都不是它本身运动产生的,而是地球运动引起的,地球同时进行着几种运动;

● 人们看到的行星向前和向后运动,是地球运动引起的。

在这个最新的想法出现后,哥白尼十分激动地在他的短论里补充说:“地球单一地运动,因此,这足以解释宇宙中如此多的不寻常现象。”

这些公理是人类思想巨大变革的起源。通过更多推理演绎的力量,哥白尼确信我们宝贵的地球自转并穿越宇宙。尽管《天体运动假说》(2)的流行帮助他获得了不小的名望,但直到数十年后,即1543年,哥白尼才拿出这些著作,并且更加仔细地研究了他的理论数学成果,最终(确切地说是临终前)出版了巨作《天体运行论》,开启了“天球的革命”。

虽然这一模型大大改变了宇宙的形状,但它仍不完美。正如我们现在知道的,除非正确地把地球、太阳、行星和恒星放在它们各自的位置上,仍然有某些确定的特性使得哥白尼的模型难以符合天文学观测结果。事实上,哥白尼并没有废除托勒密地心说的全部设置,只废除了其中一部分。他继续使用本轮这一概念,以更加匹配行星和太阳沿着周期轨迹运动的真实行为。

这一潜在的物理排列更加完善,但对它的应用仍然是个噩梦,原因在于哥白尼固守着一套亚里士多德时代的想法。他假设所有的运动,不论是在大的球壳还是本轮上,都应该是完美的正圆,并且以恒定的速度移动。这符合经典主义、奇妙的几何,但错得离谱——他自己并不知道。然而,哥白尼已经种下了科学思想变革的种子,它最终会演变成什么样的变革呢?宇宙不是永恒不变的

哥白尼发表《天体运行论》之后的几十年内,涌现出大量的托勒密宇宙反对者,与大声疾呼的拥护者一样多。一些反对者,比如乔尔7丹诺·布鲁诺(Giordano Bruno),为其观点付出了惨痛的代价。这位道明会的修士诞生于哥白尼离世5年后的1548年。对科学与哲学的研究使布鲁诺不仅支持日心说,还支持宇宙实际上是无限的、太阳只不过是一颗恒星、穿过广袤的宇宙一定有无数其他的有人居住的世界等想法。布鲁诺在古希腊原子学家研究成果的基础上,倡导一种有先见之明的自然观。但他对宗教事务及其煽动性的反对立场引起了当权者的注意,1600年,罗马宗教裁判所判定布鲁诺为宗教异端,并处以火刑。

在同一时期,富有的丹麦贵族、天文学家第谷·布拉赫(Tycho 9Brahe)在观察和记录宇宙方面实现了巨大的进步。他没有使用望远镜,仅仅用裸眼和精巧的测量设备来观测宇宙——发明了新版象限仪、六分仪、浑天仪来测量角度、位置和坐标系,其精度令人不可思10议。1572年的某天晚上,26岁的布拉赫目睹了一颗新的恒星出现在欧洲11月的夜空中。这颗恒星表现出了可辨别的视差,但显然之前它从未在那里出现过。布拉赫得出一个结论,即宇宙不是永恒不变的——它会变化,而且变化还很巨大。

我们现在知道他观测到了一颗超新星,当时的情况显示:一颗距离太阳系8000光年的自重过重的白矮星无法承受自己的重量,发生了强大的内爆。看到这类原始事件的体验,大大鼓励了西方天文学家制定更好的测量天体位置和亮度的方法,并解释它们的排列顺序。布拉赫努力地试图兼并,或者至少是使托勒密和哥白尼的宇宙一致。他创造了自己的“第谷理论”——地日心说系统。在这一系统中,太阳和月球绕着地球旋转,而其他所有行星围绕着太阳旋转。

虽然这一学说是人为创造的,但布拉赫认为他的设定令人满意,因为他仍未检测到恒星的视差,而保持“懒洋洋的”地球固定不动意味着他能轻易地说明这一事实。更好的是,这个系统给了那些拥护哥白尼观点但仍为自己的科学信仰感到担忧的支持者一个便利的折中位置。但布拉赫对天文观察小心翼翼的呵护最终促成了最为关键的下一步——这一步来自他的助手,生于德国的约翰尼斯·开普勒。

在1600年,也就是遇到布拉赫的4年前,开普勒在他的出版作品《宇宙的神秘》(Mysterium Cosmographicum)一书中坚决地拥护哥白尼的宇宙系统。有趣的是,开普勒不只是个有强迫症的数学家,还是个虔诚的教徒,他认为所有决定了天体位置和运动的事物都是由于宗教的影响。(这也许有助于解释为何他第一次建立的日心说宇宙模型依赖于一系列三维多面体互相套切——这是一个很吸引人的几何图形设计,但存在严重的缺陷。)

开普勒的一生和他所做的研究是复杂的,他是个忙碌而高产的人,特别是在与科学有关的事上。对光学的科学研究让他推导出基本的亮度平方反比定律:光源强度与光源距离的平方成反比。在观测到1604年的又一次超新星爆发后,开普勒同布拉赫一样推理出因为缺乏可测量的视差,亚里士多德的“永恒不变的宇宙”可能并不是个正确的模型。但最重要的是,面对托勒密和哥白尼关于行星运动问题的解释时,开普勒发现自己处于一个独特的位置。

生活奢侈的第谷·布拉赫在1601年年末因受到感染而饱受摧残,11最终不幸去世。开普勒全盘继承了这位伟大的天文学家最完整、精确的天体位置与速度制表。部分消息声称,开普勒在布拉赫的资产被移交前,帮助挽救了这些记录。已经与布拉赫一起工作过一段时日的开普勒明确地知道自己需要些什么。

布拉赫史无前例的测量结果给予了开普勒一个机会,使他能够继续处理无休无止的令人烦恼的问题:找到适合行星运动的完美体系,包括所谓的余差。在特殊的夜晚,行星可能并不是十分确切地处于模型推算出的位置,这是个非常刺眼的问题。余差不同时期预测的与行星的实际位置的差距。

当开普勒坐下来研究这些大量的数据时,他选择将注意力放在对火星的观察上。我认为这是西方科学史上最浓墨重彩的一笔,即使这一选择曾受到布拉赫早期建议的影响。

就开普勒所知的6颗行星里,火星的余差现象表现得最为明显。事实上,开普勒证明了如果地球是所有一切的中心,火星不可能是围绕着一条固定的轨道运行的。他继续考虑在这之前所有的宇宙模型都缺失的:物体并不是以永恒不变的速度在移动的可能性。在加入这一考虑后,开普勒打开了一个全新的世界,因为如果物体运动的速度有变化,那么它们可能会沿着不是正圆的轨道运动。这并不是个简单的工作——从开始研究到得到答案花费了开普勒8年的时间。

开普勒尝试了适合他的行星运动的不同形状:蛋卵形不行,其他形状也不行。接下来,他只用数学方法来计算这些运动,得出一个解但拒绝了它,直到通过猜想再次得到这个完全相同的解。开普勒最终12意识到,所有行星运动的轨迹都属于一类被称为二次曲线的曲线,可以是圆形、抛物线、双曲线,以及最经典的椭圆形。

我们现在已经知道了,在哥白尼模型中,火星拥有怪异余差的原因在于,与金星、地球、木星和土星相比,它拥有最小的圆形,或者说最为椭圆的轨道。在开普勒熟知的行星里,只有水星拥有较大的椭圆率。但对水星的观察完全是依靠它临近太阳。开普勒推断在椭圆轨道中,行星或任何物体在其远地点运动较慢,而在近地点速度加快。这一变化正是消除令人苦恼的火星余差所需要的。

1609年,开普勒将他的想法汇集起来,出版了《论火星的运动》(Astronomia Nova,又名《新天文学》)一书,书中总结了他描述行星运动的著名定律的前两条:

● 每一颗行星都沿椭圆轨道绕太阳运动,太阳处于两个焦点位置之一;

● 若在行星和太阳之间连上一条线,那么随着行星的移动,在相等的时间内,这条线扫过的面积相等。

开普勒也意识到,在太阳与行星之间可能存在着一种看不见的影响(如今我们将其定义为力)。这一想法十分大胆。虽然完全笼罩在神秘的术语之下,开普勒仍然推导出这样的影响会随着行星远离太阳而减小。因此,越远的行星运动得越慢,这是理所当然的。13

在《新天文学》出版后,伽利略制造了望远镜,观测到木星最明亮的卫星的周期运动和金星的相位。这两个观测结果使各方天体世界观的冲突达到了顶峰,越来越多的证据支持一个以太阳为中心的系统,这使得伽利略与当时的教义起了正面冲突。但在伽利略绘制的宇宙图之下还潜伏着其他至关重要的东西,即对人类在宇宙中的意义的探索。

如果“行星轨道是椭圆的”是一个普遍规律,这些路径就不需要都处在围绕中央巨大恒星的单一平面内,可能存在一些特殊的行星,其运动和排列并不完全遵循开普勒定律(这很快就将成为牛顿的物理学)。我怀疑当时没有任何人质疑过,但通向一个比人们以往想象的,甚至是比过去那些原子学家和多元主义者构想的更加富足、更加多样的宇宙的大门已经打开了。伽利略的观测也制造出一些其他的惊喜。通过望远镜,他可以找到正常人类视力难以注意到的暗淡的恒星。抬头仰望看上去光滑、像云一般的广阔银河时,伽利略惊奇地发现,事实上它是由恒星组成的。恒星如此之多、如此之小,以至于在肉眼看来是模糊的一片。这些现象的观测并没有获得它们值得获得的足够关注,但这一切已经开始揭露那些真正影响深远的性质。

正如第谷·布拉赫观测到超新星时的震惊一样,注意到天空中有隐藏的天体这一点与当时人们对宇宙的理解背道而驰。这些观测与几十年后列文虎克在一滴水里、在人类的唾液中观测到的大量的微观世界一起,揭开了之前神秘的、错综复杂的深层现实的面纱,尽管这些对深层性质关键性的披露(向内和向外的)并没有引起与地球是否在宇宙中心一样激烈的论战。

令人苦恼的是,这样的偏移主要受限于教会和当权者。事实上,伽利略和开普勒似乎并没有将日心说看作是地球的地位降低了。与之相反,这意味着地球不再是一摞行星中“最底下”的那个;地球与其他行星一样,在一个伟大的轨道上运行。讽刺的是,开普勒甚至写下了,他认为这一点正意味着地球是行星仪(行星轨道)的中心,水星、金星、太阳在地球内,火星、木星、土星在地球外。不论是从内部世界还是外部世界来看,与日俱增的证据都表明,宇宙确实非常广阔。然而,我们自身对人类在如此重要的体制内的意义的确信再一次降低了这一影响。我们不是宇宙中的唯一

时间匆匆流过,到了1642年1月,伽利略过世了,不久后,艾萨克·牛顿出生了。牛顿的一生与哥白尼、布鲁诺、布拉赫、开普勒和伽利略非常相似,经历非常丰富。但我们探索旅程中最重要的一部分是:在1687年出版的不朽巨作《自然哲学的数学原理》这本书中,牛顿不仅列出了运动的数学定律,包括惯性、动量、力和加速度的概念,还列出了引力的宇宙定律。

牛顿注意到,物体之间的吸引可以被描述成一种力,与质量成正比,但与距离的平方成反比。通过这一猜想,他推导出了开普勒经典定律的数学证明,第一次向世人展示了控制行星的规则来自基本的物理学。他也展示了对月球运动、彗星轨迹和两个以上的物体间引力的分析。牛顿特别提到,忽略太阳系以太阳为中心的性质,太阳本身确实是在围绕着变化的点——系统中所有物体的质量中心或者平衡点旋转。他甚至肯定这一点离观测到的太阳表面很近——与它的核心有着较大的偏离,而这在很大程度上是由有着巨大体积的木星和土星的引力引起的。后一点事实与现代天文学的观点相似,为其他恒星系中同样类型的偏移提供了一种解释,可以用来找到地外行星和太阳系以外的行星,我将在下一章中讨论。我们测量恒星围绕这一中心点运动的轨道,因为它标志着肉眼无法看见的巨大世界的存在。

牛顿的个性很奇怪,他拥有坚定的宗教信仰,对他而言,行星运动这一优美的物理解释正是至高无上的神学的证据,保证了天体的轨迹是完美的机械作用。对接下来一个世纪的其他思想家,如伟大的法国数学家和科学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)来说,这恰恰相反。在哥白尼的日心说宇宙中,无须上帝的指引,无须事先规定或预设,只需内在的物理定律就能决定任何天体何时出现在何地。但拉普拉斯同样认为,通过这些定律知道所有物体在任何时间的位置和运动,我们就能了解过去和未来。或许宇宙中并无上帝指引,14但有宿命论。

对我们身边宇宙的观测随着接下来几百年时间的流逝,随着数学和物理工具的应用持续不断地改进着。对自然这一神秘安排的哲学猜测逐渐让位于更简单的普遍定律。与此同时,我们对宇宙构成的认知越来越多,对隐藏在时间和混沌之下的极端范围和不同现象的认知越来越多。恒星不但离我们很远,而且可能散布在很广阔的空间里,这一想法被更多的哲学家和科学家接受和认可。随着对宇宙的关注度日益提高,就连古希腊原子学家冥想出的无限宇宙都重回人们的视野。

关于人类自身重要性的科学观也在不同方向上得到了发展。紧随牛顿,1695年,荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)15在离世前写下了他对地球外存在生命的可能性的思考。惠更斯相信有“大量的世界”,他通过望远镜观测行星,想象有大量的水和适合居住的地方存在于他看到的行星上,甚至是在木星和土星的卫星上。在他看来,类似人类的生命几乎无处不在。这显然并不是一个能被所有人接受的观点,这使得关于人类在恒星中的地位的辩论逐渐白热化。

在这一时期,还发生了其他的事:从18世纪早期开始,人们就16对一些出乎意料的、不受重视的、可能引起争议的科学理论争论不休,但直到20世纪70年代都没有得出任何令人满意的结论。由于开普勒、伽利略、牛顿、拉普拉斯等科学家在物理学方面取得了巨大的进步,太阳系成为一种现象,关于它的起源,现在需要一个恰当的科学解释。

如果太阳和行星不是由神创造的,而是由自然规律形成的,那么它们来自哪里呢?我很快就会告诉你答案,保证让你惊奇不已。这个答案巧妙地解决了我们关于起源和意义的更加现代的争论。在那之前,我们需要快速简要地浏览一下宇宙的历史。

在19世纪结束时,人类开始接受“真正的宇宙是十分浩瀚的”这一事实。恒星在当时已被认为是距离非常遥远的类似于太阳的星星。天文学家最终成功地测量到在周期运动的地球上几乎很难注意到的视差,从而支持了这一事实。太阳系中还有新的行星被发现——从远距离的、暗淡的天王星和海王星,到体积更小但数量更多的天体,比17如谷神星和四号小行星,它们就在火星轨道之外。地球外天体的基本构成通过光谱开始显露出来,包括太阳中一个原子种类的发现18——我们现在称之为氦。

但仍然有其他大问题存在:宇宙是否在空间甚至时间上是无限的?银河里的恒星是否布满整个宇宙?有没有可能,那些奇怪的、小的、模糊不清的星云状物质,就像我们所知的仙女座,事实上是其他的“岛状宇宙”、其他的星系?

在一个前所未有的、发明、发现层出不穷的时代,20世纪前30年又发生了一系列的科学变革。这时的故事被重复了无数遍:阿尔伯特·爱因斯坦的相对论,对宇宙真实大小的测量和对星系性质的探索,以及量子力学的发展。这使全新的观念产生,并与那些很大的、显微镜下看不见的、快速且充满能量的物质,以及现实本身的基础、错综复杂的性质糅合在一起。这些变革不可避免地会与现有认知中人类在宇宙中的地位相遇并抗衡。

哥白尼日心说的模型暗示着,不论你站在哪个行星上看,宇宙看上去都差不多。对此进行扩展就是,不论你站在哪里——从太阳系到另一个太阳系,或从我们的星系到另一个可能距离地球1000万光年远的星系,宇宙看起来都差不多一样。对爱因斯坦来说,在1915年之后的那几年工作,是一种哲学上的舒适,也使他的广义相对论在宇宙中得到了应用,更直接地说——催生了《宇宙学原理》19(Cosmological Principle)的出版。

用专业一点的术语来说,这个观点认为宇宙是均匀的,是由相同的物质组成的。虽然它可能包含很多小的不对称,比如一片片恒星和星系,但无论你在哪里,那些地方都含有同样数量的各种元素。这有点像地球的地形:一些地方是高山,一些地方是海洋,但平均来说,你总是可以在你所处的位置找到同样的山和水的融合。如果你试图像爱因斯坦那样,找到一个适用于宇宙的普遍理论,这个观点会非常有帮助。

它同样意味着宇宙是各同向性的,意味着从任何位置向任何方向看过去,宇宙都是一样的。这有点难以理解。毕竟很难宣称我们体验的世界或太阳系就是这样的,甚至夜晚的星空并非均匀的,就像我们能看到的银河带一样。但如果再一次跳出太阳系,来到宇宙的范围,那么在任何方向上看到的天体的数量和排列都差不多是一致的。

第一次有人将宇宙定律和哥白尼猜想正式联系在一起是在20世纪50年代早期,出生于奥地利的著名物理学家赫尔曼·邦迪20(Hermann Bondi)在他关于现在尚未证实的宇宙模型恒稳态理论中,首次采用了“哥白尼定律”(Copernican Cosmological Principle)这一短语。

正如其名字所暗示的,恒稳态理论提出宇宙是永恒的,没有开始也没有结束。为了使理论成立,邦迪坚持了一个更为有力的原理:在任何地点、在任何时间,宇宙对任何观察者来说在任何方向上都一样。虽然我们现在知道,宇宙肯定不处于一个稳态,但哥白尼宇宙定律强化了一个普遍观念:贯穿整个时空,人类在宇宙中的地位绝对没有什么特别的或可优待的。

20世纪中期,人们目睹了多个领域的爆炸性发展——从宇宙学到微生物学和基因学,涌现出几代非常有影响力的科学家。但宇宙本身在进化,且充满了多样性,这一点已经越来越清晰了,很多人开始注意到一些基本物理常数值的奇特巧合。这是一些用来描述引力强度或亚原子粒子质量之类的事物的数值,尤其是宇宙寿命的估计值。这些数字的特定组合能够产生令人惊奇的关系。举例来说,引力与电场力之比,即描述引力强度、电子和质子的质量和电荷的恒定数值,该39比值大约是10,而这个数值和宇宙现在的以原子时间为单位的年龄-17接近(1原子时间单位大约为2×10秒),这一事实第一次由物理学21家保罗·狄拉克(Paul Dirac)指出。

但是,这些不变的常数为什么会和宇宙现在的年龄相关?如果把宇宙向后回溯或向前追溯很长的时间,显然不会是这样的情况。进一步来看,在一些其他的宇宙时刻,客观条件可能不允许任何智慧生物第一时间观测到这些巧合!这对哥白尼定律而言是一件非常讨厌的事,因为这意味着人类出现的时间和地点,以及宇宙当前的物理特性是有些特殊的。

最后,宇宙寿命有限这一观点的终极证据出现在1965年,当时,诞生于宇宙早期的无处不在的光子被发现——事实上,光子是22一场炙热的宇宙大爆炸的一部分。这追溯出一个非常不一样的宇宙,一个曾经非常密集且充满能量的宇宙,这一点可比美食上的一只苍蝇要恶心多了。这简直就是一大群苍蝇一头栽进了“哥白尼平凡论”的大缸里。接下来到了1973年,出生于澳大利亚的物理学家布兰登·卡特(Brandon Carter)提出了一项著名的理论。

卡特在黑洞物理学的现代发展中起到了很重要的作用,受到一群同事,包括物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)和年轻的斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的鼓励,卡特选择在波兰克拉科夫一场规模不小的特殊会议上发布了他的演说,而这一会议是为了纪念哥白尼500年诞辰所举办的。在演说中,卡特表述的观点正是科学家们对宇宙性质和人类的环境之间所有明显巧合的困惑。他深陷其中,讨论如果仅仅改变一些特征——例如改变将事物联系在一起的基本力的相关强度,宇宙会有多么不同。

对这些变化的考虑引出了一个引人注目的想法,卡特将其详细地阐述给他的听众。比如,这一修正版的自然可能并不会产生恒星,但由于我们来自由恒星制造的元素,并且我们在观察宇宙,这一事实可以告诉我们有关人类所在的宇宙的一些事。换句话说,人类的存在本身表明了一些宇宙的物理性质——我们可能比我们认为的更重要。卡特将这一检测宇宙的方法称为“人择原理”(anthropic principle),因为“人择”表示一些和人类存在相关的事。这并不是卡特真正意指的,因为它可以是宇宙中的任何观测者,而不只是人类。但即使他之后又提出一个语意更为精确的术语,“人择”这个词还是沿用了下来。人择原理人类存在于这个宇宙中,因此宇宙以一种与人类的存在相一致的方式存在。23

理解世界的这一方法隐含的意义,用卡特自己的话来说就是:“哥白尼教会我们非常重要的一课——一定不要无故地认为人类占据着宇宙中一个有特殊优待的中心位置。不幸的是,总有一股强烈的(并非总是潜意识的)趋势将其扩展成一个最有争议的教义,影响了人类在任何意义上都没有优待的情况。”重要的是我们不能,也不应该忽略大量现象,这些现象显然需要适合人类和其他生命的生存。

现在,关于人择原理已经有了大量的规则。对一些物理学家和很24多哲学家而言,这是座不折不扣的金矿,也是茶余饭后常令人困惑和混乱的话题。这一定律的极端版本甚至被用来论证“一个能独立发展的宇宙必须创造出智慧生物来观测宇宙”——我会避开这种观念。

然而,人择原理是一个重要的猜想,促使我们面对一些关于宇宙的先入之见,并检测我们与生俱来的观测偏见。而且,因为它直接挑战了哥白尼定律(这一观念已经成为我们普遍接受的观念),我们应该看一下这些细节。

目前,人择原理倾向于突然出现在对所谓“精调”现象的讨论中,这一讨论包含一些对更细微的宇宙巧合的检查,这些巧合引起了科学家关于这些问题的疑惑。这些精调的观念如下:如果仔细观测宇宙的大量性质,包括那些恒定不变的性质,比如引力相对于其他力的强度,或者宇宙中物质与能量的比例,我们就会发现,即使这些性质发生了极其微小的改变,生命都有可能不会出现。

然而,这一轻微的调整有点复杂,因为我们真正想要表达的是,像恒星和星系之类的天体不会存在,或者它们永远不会产生重元素,比如碳这种对生命组成非常重要的元素。所以,换句话说,很多重要的宇宙功能会无法发展成人类所依赖的第二阶段。这一点,当然也建立在生命是类似于人类的前提之下——但是似乎很难想象,仅含有氢和氦的宇宙可以创造出如此复杂的碳基生命。

究竟哪些特性对于生命的存在是最重要的,目前尚不明显。减少可能性的最佳方式来源于对与有形现象相关的量进行巧妙的数学组合。1979年,科学家伯纳德·卡尔(Bernard Carr)和马丁·里斯25(Martin Rees)就是这样做的。而之后,在1999年,里斯重新验证26了这一想法,总结出6条范围较窄的、使宇宙能够成为现在这样并且适合生命出现的指标。这几条指标如下:

● 引力强度与电磁力之比;

● 由氢到氦的核聚变导致的物质转化成能量的百分比;

● 宇宙中正常物质的总密度;

● 量子真空涨落的能量密度(可能是同样的暗能量加速了宇宙的膨胀);

● 早期宇宙规格极小的变异最终发展成了星系和其群组的构成;

● 我们宇宙的真实空间维度。

这是一个相当大的数组,任一宇宙能够恰好存在(偶然存在)并具备所有适合生命产生的必要条件的概率相当低。当然,看到这些时,你可能会想:“但如果不是这样,我们就不会思考这些,而只是简单地存在于这一类型的宇宙中。”这当然正确。然而,如果这是仅有的一个宇宙,在这之前或之后都不再有其他宇宙,就产生了一个令人不安的问题:为什么宇宙是这样——恰好适合生命生存?

最有吸引力的答案之一是,我们的宇宙只是无数组不同宇宙中的一个。这是一个非常现实的简单例子,被时间、空间或维度从无数其他事物中分离出来。“有吸引力的”在此看起来有些好笑——我之前刚刚提到,你所认为的是关于现实性质未被证实的假设。但“平行宇27宙”这一想法对于探索物质世界更深层次的真相来说,是一个非常有力的竞争者。确实,当布兰登·卡特总结出人择原理时,他已经考虑了这些。

虽然我并不认为有谁可以声称,人类已经找到了存在平行宇宙的直接证据,但确实有一些引人入胜的理论想法欣然适应了它,似乎也提供了一些解决其他基本亚原子物理学和宇宙学问题的方法。如果正确的话,这意味着本质上并没有精调的问题。人类只是单纯地存在于一个恰好“正确”组成星系、恒星、重元素和复杂碳化合物的宇宙中。听起来就好像这个世界巧妙地解决了这一问题,而在很多方面,它确实会这么做——如果我们确实知道人类住在平行宇宙当中。

另一个关于平行宇宙的趣事是由“我们特别的宇宙确实是被正确调整以适合生命”这一想法激励的。仍然用纯粹的人择术语来思考——在这些术语中,假设生命完全由人类代表,不需要宇宙当中其他任何地方的任何生命或生命形式来进行这一讨论。这看上去有些狭隘,就像是将整个科学哲学建立在一种非比寻常的鹦鹉的存在之上。我们最不希望的就是被误导进入一条死胡同。所以这种想法值得推行得更远,因为我们尚不知道人类是否生活在平行宇宙的一部分当中,也因为以上的一切都没有让我们更进一步考量人类当前的宇宙意义,或者其中缺乏的部分。28

只要我们对宇宙的观念有一些非常简单的改变,就能知晓某些精调的方面和人择原理是如何开始分散追寻我们的意义的注意力的。我会在这本书之后的部分列出一些其他的想法,但先让我们从接下来的这一幕开始——用一个好玩的问题来引出一个严肃的观点。

想象这样一个时刻:伽利略对宇宙观测的解释被迅速接受,成为理性和技术的最高成就。伽利略没有被折磨摧残,取而代之的是,他成为17世纪教会和统治者的宠儿。在这条时间线上,开明的当权者抓住这一时机,开创了伟大的技术变革,并看到了工程学和科学潜在的经济利益。

在热情的接受和赞助环绕下,伽利略迅速动工,制造复杂精妙的望远镜。这使他成为第一个发现行星围绕着恒星旋转,并确定这个世界上存在很多生物系统的人。这是一个可爱的幻想,一个以马和水为动力的科幻小说对历史的重新演绎,但最重要的是,这也会让我们问问自己,如果真的发生了这样的事,今天的世界又会变成什么样。

在这之间的几个世纪,我们可能已经知道,生命并不仅限于地球,甚至可能已经了解了是否任何生命都不仅仅是微生物或沉默寡言的生物。在这种情况下,重点在于我们的手边就有真正的答案,来解答人类生命存在于宇宙中的可能性有多大或者有多不平常这样的问题。

让我们假设在这个平行现实中,找到类似于地球上的生命是比较普遍的。这经常发生,但生命既不会在每一个合适的世界里遍地都是,也不会如此特殊地仅存在于散布在宇宙中的特定星系中。将宇宙学中的精调理论嵌入人择原理又会怎样呢?我们可能根本没有想过要问这些问题,这就像是突然决定要问“世界上为什么会产生一定数量的蜗牛”。但即使我们确实问了这些问题,“调整”的观念在这一假想的现实世界里也不会支撑太久。

宇宙似乎适合制造有限的生命,几乎没有伟大的宇宙意义的东西;宇宙是一个偶尔制造些有用的东西的肥沃池塘。现在,我们发现答案位于两个可能的极端之间:从生命是宇宙140亿年时间内全然意外存在的稀有物种,到生命遍布每一个行星系统,并带有新的变异。

在前一种情况中,我们几乎不会认为宇宙是非常适合生命的,物理常数与生命需求的巧合只是个残酷的笑话。相比之下,在后一种情况中,我们可能会推断,生命本身与其说是宇宙的基础,不如说是一种非常强大的现象。我们甚至会问,是否有任何(几乎无法想象)环境,使得生命不起源于物理规律的支撑。

这里需要说明两点。第一点是微不足道的,即我们最终提问的问题本身就是我们对周围环境观测的直接作用。第二点就重要得多了,因为不像我想象的那样,地球上有着另外不同的居民,我们目前确实不知道以上哪种情景适用于我们的宇宙。

更进一步,精调可能不是一个孤注一掷的解决方法。相反,它可能是一个“粗调”问题,其中隐藏着真正的精调。在我假想的例子中,

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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