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人類探索太空的哲學與行為

2018-03-23  茂林之家

“我的目標很簡單,就是把宇宙弄個明白——它為何如此,它為何存在?!?/span>


“愛因斯坦錯了——他說‘上帝不玩骰子’。對黑洞的研究表明,上帝不光玩骰子,甚至有時候他會把我們弄糊涂,因為他把它們丟到了我們看不見的地方?!?/p>


“如果外星人拜訪我們,我認為結果可能與克里斯托弗·哥倫布當年踏足美洲大陸類似。那對當地印第安人來說不是什么好事?!?/p>


“人類移居到其他行星不再是科學幻想。它可以成為現實。太大和太多的威脅讓人們無法對未來抱有希望,尋找人類可移居的新家園的需求因此變得緊迫?!?/p>


“永遠記住,要仰望星空,而不是注視腳下。感受你所看到的,探求宇宙存在之謎。永保好奇之心?!?/p>

  ——斯蒂芬·霍金


多年來,霍金和其他一些科學家仰望璀璨星空,既渴望又擔憂,既熱切又踟躕



2018年3月14日,偉大的物理學家、堅韌的宇宙探索者、浪漫的時間騎士——斯蒂芬·霍金,在他位于英國劍橋的家中去世,享年76歲。


多年來,霍金和其他科學家引領著人類仰望璀璨星空,既渴望又擔憂,既熱切又踟躕。不能繼續探究萬物之謎的霍金,帶著無限遺憾魂歸星辰大海。


而人類探索宇宙的腳步,不會因此放緩,也從不曾稍有停歇?;艚饘τ谟钪娴囊蓡?、渴望與擔憂,將繼續引領人類去仰望星空,破解萬物之謎。


孤獨者


2017年3月24日,南美洲安第斯山脈高原沙漠里的射電望遠鏡陣列記錄到了一次閃光,來自離太陽最近的恒星——4.3光年之外的比鄰星。在大約10秒內,比鄰星的亮度上升了1000倍,隨即迅速回落,仿佛什么也不曾發生。大約一年后,天文學家將它解讀為一次耀斑爆發。


耀斑是恒星表面的突發閃光,通常伴隨著劇烈的物質拋射,就像平穩燃燒的火球噴出轉瞬即逝的烈焰。在比鄰星近50億年的生涯里,這個事件微不足道,對于有著千億恒星的銀河系、有著千億甚至萬億星系的宇宙,就更不值一提。但它到底有那么一點特別之處:有智能生物注意到了這次閃光,努力用理性手段推測其緣由,還發出了無人認領的傷感和關切——比鄰星的一顆行星在這次耀斑中遭受劇烈輻射,就算上面有過生命,也應該灰飛煙滅了。


這顆行星叫做比鄰星b,科學家在2016年才確認其存在。它是一顆巖石行星,大小與地球相似,位于母星的宜居帶中,也就是與恒星距離適中、可能有液態水存在的區域。這幾個特征雖然遠不是生命存在的充分條件,但足以讓人在已發現的數千個太陽系外行星里對比鄰星b另眼相待,何況它還近在鄰居家。


現代影視制作技術讓無數活靈活現的外星人在宇宙間橫行,然而人類還是要面對現實:地球是目前已知的唯一有生命存在的地方,其他地方別說智能生物,連細菌也沒有發現過。


在電影《超人:鋼鐵之軀》里,超人的養父對他說,“你就是‘我們孤獨嗎’這個問題的答案”;外星反派發給地球人的第一條信息,是“你們不孤獨”?!拔覀児陋殕帷贝_實是困擾人類的終極問題之一,所有的天文學研究和太空探索計劃多少都與這種孤獨感有關。


人類曾以為自己身處宇宙中心、萬物皆備于我,但從伽利略第一次將望遠鏡對向天空開始,這種傲慢在事實面前逐漸崩塌。地球不是宇宙的中心,太陽不是宇宙的中心,銀河系只是萬億星系中的一個。所有星系與星系際空間的氣體塵埃加起來只占宇宙5%的質量,另有27%是我們根本不知道是什么的暗物質,還有68%是更加不知道是什么的暗能量。我們逐漸發現自身及地球在萬物體系中沒有特殊地位,這一認知成為科學哲學中的“平庸原理”。在接受自身的渺小后,孤獨感就隨之而來。


人類在1992年才首次發現太陽系外行星,但這是由于尋找遙遠行星在技術上很困難,絕不表示它們多么稀有。一種比較流行的估計是,把宇宙中的類地行星平分給地球上的沙粒,每粒沙子能分到10顆,在宇宙面前,恒河沙數成了一個很小的量詞。有這樣大的基數在,宇宙中的文明總數應該是一個驚人的數字。但是,“他們在哪里?”


1950年,物理學家恩里科·費米與同事吃午飯閑聊,在UFO、外星人漫畫和超光速等話題后,他忽然發出了這樣的疑問。人們后來把與此相關的糾結稱為“費米悖論”,其核心在于地外文明估計數量之多與實際證據之少(其實目前還沒有)之間的矛盾。如果銀河系中有大量先進文明,為什么我們從來沒有發現過外星飛船或物品?就算星際旅行很困難,為什么連電磁信號也沒有?是他們故意保持沉默,還是——根本就沒有外星人存在?


南美洲安第斯山脈高原沙漠里的射電望遠鏡陣列


思考者


1960年,天文學家弗蘭克·德雷克提出一個公式,用7個參數估算地外文明數量,也就是把費米悖論細化為7個方面的問題:星系中恒星誕生的速度有多快?有多少恒星擁有自己的行星?有多少行星的環境適合生命存在?在環境適宜的行星里,有多少真的出現了生命?這些生命有多少進化出了智能、建立了文明?有多少文明的技術水平高到足以在太空中顯露蹤跡?這樣的文明能存在多久?這就像拼成木桶的7塊板子,每一塊都對桶的容量至關重要,而最短的那塊最重要。


到現在,科學家只對前兩個問題摸到一點邊:銀河系每年大概有相當于3個太陽質量的物質變成恒星,平均每顆恒星有1.6顆行星。這些估計當然有不小的誤差,但數量級上應該不至于錯得離譜。第三個問題要困難一些,由于行星自己不會發光,尋找起來比恒星困難得多,目前的觀測結果很可能沒有代表性。最早發現的太陽系外行星多數是木星那樣的巨型氣態行星,類似地球的巖石行星很少。隨著觀測手段進步,新發現的行星有相當一部分是大小介于海王星與地球之間的“亞海王星”或“超級地球”,在太陽系里沒有類似的行星,其表面環境如何、有沒有液態水存在,很大程度上還只能靠猜。


另外4個問題更加難以捉摸,涉及的領域遠遠超出了天文學范疇。生命的起源這個天大謎團還沒解開,一切相關估計都只能算是開開腦洞。有人提出生命的種子是彗星和隕石帶到地球上的,但這只是把起源問題挪了個地方,并沒有從根本上解決。上世紀50年代,著名的米勒-尤里實驗顯示,對無機物氣體混合物進行電擊,模擬地球原始大氣中的閃電作用,能產生多種小分子有機化合物,包括幾種作為生命基本元件的氨基酸。這一度讓人們非常振奮,但隨后熱情逐漸冷卻:原始大氣成分可能與當初認為的很不一樣,小分子有機物與生命之間的天塹也不是那么容易跨越。


近年來有一種受關注的理論認為,生命誕生于海底地質活動噴出的熱液中。海水與礦物質的化學反應,加上巖石微孔結構形成的天然“細胞壁”,催生了最早的細菌。地球生命的第一位祖先從未見過陽光,靠深海熱液提供的能量和無機物生活,在能把我們煮到半熟的環境里繁榮生長。人類直到近幾十年才發現地球上還有這樣的生物存在。這個說法得到了不少新證據支持。如果事實真是這樣,那么細菌形式的生命應該十分常見,火星上很可能曾經有過,木衛二冰層下的海洋里說不定現在就有。


如果能發現這樣的細菌,我們對生命的認識將出現一次飛躍。所有地球生命都使用同一種遺傳密碼,用ATCG四個字母的各種排列組合寫成自己的DNA之書,這是偶然還是必然?生命在繪制藍圖時是不是只有這一種可選方案?有其他星球的生命作參照,將可以撥開籠罩一些生物學根本問題的迷霧,讓科學界為之瘋狂。


然而大眾也許不會那么激動,細菌與外星人之間的距離太遠了。超人什么的不太現實,但八爪魚也好,小綠人也罷,總得是某種擁有智能、對世界頗有看法還能與我們交流的生物,才能解除人類的孤獨感吧。


但這一點可能不樂觀。細菌約35億年前在地球上誕生之后,很快就占據了各種各樣的環境,發明了包括光合作用在內的無數種生物化學機制,但始終陷在單細胞的泥淖中。大約21億年前,真核生物(有真正細胞核的生物)的出現才打破僵局,有了植物、動物和人類。從單細胞到多細胞的突破,重要性不亞于生命起源本身,它是必然還是偶然?所有的真核生物都有著共同祖先,也就是說真核生物在地球上可能只誕生過一次。有科學家提出,細菌在能量生產方面受到根本束縛,所以無法突破,真核生物的誕生是兩個細菌以難以置信的方式結合所致,這樣的事件可能在宇宙中就只發生過一次。換句話說,也許宇宙中多的是細菌,卻再沒有其他復雜生物。在一度認定自己平庸之后,人類忽然發現自己并不平庸,但也許注定孤獨。


1999 年 12 月,宇航員在哈勃太空望遠鏡上執行任務


旅行者


地球誕生于約46億年前,花了10多億年創造出細菌,又過了10多億年才有了真核生物。在5億多年前的寒武紀,才有了能在地質記錄中留下大量化石的生物,進入了生命跡象顯著的“顯生宙”。數次大滅絕與新生后,恐龍在約2.3億年前的三疊紀崛起,統治了大地1億多年,直到6700萬年前突然滅絕,給哺乳動物騰出發展空間。


人類祖先大約在1300萬年至600萬年前與黑猩猩分家,從樹上下來,在非洲稀樹草原上開始新的生活。此后他們多次走出非洲,擴散到除南極之外的所有大陸,逐漸變成我們。人類可能在20萬年前開始用火,約1萬年前發明農業,250年前進入工業時代,120年前開始在天然無線電波中摻進自己的聲音,57年前首次登上月球。


下一個冰期或下一塊隕石何時到來還無法確定,也不知道人類會不會在自然抹殺我們之前先干掉自己。如果有外星文明觀察地球,能發現智能生物跡象的時間窗口太小了。


在空間和時間上,人類占據的份額都如此渺小,但還是有那么一點不普通的。我們可能是唯一會改造環境的物種,不只是被環境推著走;想必也是唯一會在努力活下去的間隙仰望星空、思考一些奇怪問題的物種。沒有人知道最早的天問發生在什么時候,可以確定的是,文明之初就有人在思考世界的構成、地球的尺寸、日月星辰的運行。


我們總是試圖尋找一些高于生存本身的意義,堅持不懈地探究天道本原,不管那是某個人格化神明的意愿,還是無意識無設計的自然運行規律。這類探究行為往往為實用目的所推動,但對人類心靈的震撼并不亞于實用價值。對海洋、極地、高峰的最早探索,還有航天和登月,在那些關于黃金、榮耀與勝利的夢想之下,是我們那不肯停留在原地的不安分的心。


1977年9月5日,NASA(美國國家航空航天局)的無人探測器旅行者1號發射升空,向外太陽系進發。它探測了木星和土星之后,繼續向太陽系外緣前進,到2018年年初與太陽距離達到141個天文單位,即日地距離的141倍,是當前離地球最遠的人造物體。


預計它將在2036年耗盡能源,與地球徹底失聯,但還會在茫茫宇宙間漂泊很久,直到被宇宙射線消磨殆盡,或者被什么星球的引力俘獲而墜毀,抑或被什么智能生物撿起來。


為著最后一種可能的情景,旅行者1號攜帶了一張直徑30厘米的鍍金銅質唱片,試圖盡量全面地向地外文明介紹人類自身。唱片里存儲著115張關于地球風貌、人類、知識和太陽系天體的圖片;55種地球語言的問候,以6000年前蘇美爾人使用的阿卡德語開始,以漢語方言吳語結束,內容是“祝你們大家好”;有風雨雷電、犬吠鳥鳴、火車飛機等“地球之聲”;還有來自多種文化的音樂,包括貝多芬的第五交響曲片段、中國古琴曲《流水》、查克·貝里的搖滾樂、非洲的打擊樂、新幾內亞人的歌聲,等等。

  

天文學家卡爾·薩根主持編纂唱片內容時,人們對發現地外文明的期待似乎比現在高一些、心懷的浪漫多一點,不像40多年后這么冷靜。如今,飛碟和外星人跡象的都市傳說熱潮已經過去,但嚴肅的探索工作還在推進:來自不同國家的探測器繼續紛紛造訪月球;NASA很快要發射新的巡天衛星,尋找更多太陽系外行星;中國的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)于2016年落成,成為世界先進的深空探測基礎研究工具;美國太空探索技術公司(SpaceX)的“獵鷹重型”火箭攜帶著特斯拉電動跑車飛往火星之后,創始人埃隆·馬斯克表示,SpaceX建造的火星飛船最快將在2019年短程試飛;在理論范疇,物理學家已經將思維拓展到高維時空,試圖為所有的物質(以及暗物質、暗能量)和作用力找到統一的解釋。


不知道我們有生之年能不能看到突破,不知道人類何時能真正離開搖籃開始星際大航行,不知道生命形式是否會超出我們熟悉的范疇,甚至不知道人類認知能力是否足以理解宇宙和自身。當下唯一能確定的是,只要人類這個物種還存在,就總會有一些成員作為旅行的先驅,將人類足跡與思維的邊疆拓展到更遠的地方。


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