人类的宇宙命运

宇宙间最巨大的存在物莫过于宇宙本身。与巨大的宇宙相比，人类只是一颗宇宙尘埃上不起眼的寄生物。但只经过短短的几千年、宇宙的一瞬间，人类的智力就进化到能够在宇宙尺度上理解宇宙了。

古希腊人把宇宙安排得次序井然：地球居于宇宙的中心，日月五星围绕地球转动，最外围包裹着恒星天层。希腊人的安排体现了一种智力上的自信，中国古人似乎就更谦虚些，超出目力和想象力之外，他们就说：“过此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之谓也。宇之表无极，宙之端无穷。”（张衡《灵宪》）他们承认人的智力是有限的，宇宙是无穷的。

牛顿的绝对时空与中国古人的无限宇宙颇为神似。在牛顿眼里，空间无限延伸，时间无始无终。这与中国先秦思想家对宇宙这两个字的定义暗合：“上下四方谓之宇，往古来今谓之宙。”牛顿的上帝创造好宇宙万物后，就看着他的创造物自己运行，只是偶尔修理一下，就像钟表匠修理出了偏差的钟表。人的智慧不可能挑战上帝的权威，只能去尽力理解上帝的创造物。于是苹果怎么会落地、潮水怎么会涨落、彗星怎么会出没，都找到了一致的解释。

爱因斯坦不承认有人格化的上帝，说：“宇宙最不可理解之处，就在于它是可以理解的。”也正是爱因斯坦本人提供了一种理解宇宙的理论——广义相对论。于是空间不再平直延伸，时间不再独立、均匀地流逝。爱因斯坦首先把人类对宇宙的理解从哲学的一个思辨性话题变成了一道物理学甚至数学的习题。宇宙的命运就是方程的一个解。

人类的智力有时也不能理解自己的智慧果实。爱因斯坦解算出来的宇宙会膨胀，但他希望宇宙不是这样不稳定的，所以他给他的方程凭空加了一个“宇宙项”来抵消宇宙的膨胀。不久哈勃的观测就证实遥远的星系在离我们而去，并且越远离我们的星系退行得越快。宇宙它就是在膨胀着的！爱因斯坦不得不承认“宇宙项”是他一生中最大的错误。

现在宇宙正在膨胀着，那么它的过去呢？它的未来呢？为了整个地理解宇宙过去和未来，许多精致的宇宙模型被构建出来。其中一个被竞争对手戏称为“大爆炸”的宇宙模型最终脱颖而出，因为观测证实了“大爆炸”模型的预言。最新的观测结果表明，我们的宇宙在137亿年前从一个点爆炸开来，一直膨胀到现在这么大。至于宇宙是否会一直膨胀下去还有待于更多的观测证据。人类理性思维的触角已经探到了时空的尽头。

跟宇宙一样让人着迷的是生命本身。“我们为什么存在？”“生命的本质是什么？”这些原本由诗人和哲学家们来回答的问题慢慢地也变成了一个个科学问题。天文学家从“大爆炸”以来的宇宙历史中去寻找问题的答案，结果发现我们人类这样的智慧物种在宇宙中的存在纯属侥幸。他们发现宇宙中隐藏着一些常数，这些常数的数值需要如此精确，如果其中一个稍稍发生变化，那么就没有我们来问我们为什么存在了。

这些常数中的第一个数是大数N（1036），它是把原子结合在一起的静电力和原子之间的万有引力之比，这个巨大的数字意味着在原子尺度上引力比静电力弱得太多了。但是引力就得这样弱，不然，如果N的后面少几个零，那么就只会出现一个昙花一现的小宇宙，没有一个生物会比昆虫大，也没有足够的时间让生物进化，因此宇宙中就不可能产生像人类这样的复杂生物。

第二个数是ε（0.007），它表明在恒星内部发生的核聚变过程中转化成能量的质量比例，即只有0.7%的参与核聚变反应的质量转化成了能量。ε的大小决定了原子核内聚的坚固程度和所有原子的生成。如果ε是0.006，氢原子核的粘合力就很小，就无法形成稳定的氦核，在这样的宇宙中氢元素一统天下，无法形成足够含量的碳和氧，其他重元素则更罕见；如果ε是0.008，质子之间的粘合力太强，无法存在氢元素，没有氢，水也就不存在了。因此，无论ε偏大或偏小，这样的宇宙中都不会有我们人类。

第三个数是宇宙常数Ω。观测证实现在的宇宙在膨胀，但这种膨胀会一直进行下去吗？还是膨胀到一定程度会发生收缩？这取决于宇宙的物质密度。天文学家算出了一个临界密度，Ω就是宇宙的实测密度与临界密度之比。如果Ω小于1，宇宙将一直膨胀下去，即是开放的；如果Ω大于1，宇宙最后将收缩，即是闭合的。按照目前的实测结果，Ω只有0.04，但天文学家推测宇宙中还有很多暗物质没有被测量到。Ω的大小还反映了引力与宇宙膨胀能量之间的关系。如果Ω太大，宇宙在开始演化之前就坍缩了；如果Ω太小，宇宙就会膨胀得太快，星系和恒星就无法形成。因此，Ω的大小似乎是被精心挑选好的，以便形成现在这样的宇宙。

第四个数λ曾经出现在爱因斯坦的静态宇宙模型中。爱因斯坦为了抵消宇宙中物质间的万有引力而引入的一个“宇宙项”，代表“宇宙斥力”。后来观测证明宇宙是在膨胀，爱因斯坦的“宇宙项”被抛弃。但是最新的观测表明，似乎存在一种宇宙“反引力”控制着宇宙的膨胀，即λ的值很可能并不等于零，爱因斯坦也许过早地承认了错误。尽管λ极其微弱，但它很可能控制着宇宙的膨胀和宇宙的最终命运。然而λ也只能极其微弱，不然它提供的斥力将使星系瓦解。

第五个数是Q，它的大小是10－5，即只有十万分之一。宇宙中的主要结构，如恒星、星系、星系团等，都是由引力束缚在一起的。Q描述了这些结构的结实程度。对宇宙中最大的结构星系团或超星系团来说，打破某星系团所需要的能量与该星系团的总“静止质能”（mc2）之比等于Q。Q值如此之小，还说明我们的宇宙大致上是各项同性的。Q值可以看做是宇宙的微小“涟漪”，反映了宇宙大爆炸之初的微小不规则。这种不规则对于今天的宇宙结构来说具有决定性的意义。1992年，宇宙微波背景探测器卫星（COBE）精确地描绘出了宇宙微波背景的黑体辐射谱，其涨落值就是这个Q。而正是因为有这些涟漪，宇宙才能演化成为现在这样的丰富结构。

第六个数是我们生活在其中的这个世界的空间维数D（3）。从古希腊开始，三维空间的几何性质已经被研究得很透彻了，但这个古老的空间维数现在被注入了新的内涵。天文学家认识到引力和静电力的平方反比关系是三维空间所固有的；靠万有引力束缚在一起的天体系统，譬如我们的太阳系，只有在三维空间中才是稳定的；我们生活在并且只能生活在一个三维世界中，如果D是2或4，生命将不复存在。时间往往被称作第四维，但它与空间的维数不同，时间之维是不可逆转的，只能向一个方向前进，即只能迈向未来。

这6个数仿佛配成了一个制造宇宙的“秘方”，这些数字的大小十分敏感地影响着制造出来的宇宙。如果其中任何一个出现失调，那就不会产生恒星和生命。

有个比喻说，一个面对行刑队的犯人，有50个训练有素的枪手举枪向他瞄准。一排枪声过后，他发现自己竟然还毫发无伤地活着。现在我们人类在宇宙中的存在就有点类似上面那个侥幸活下来的犯人。我们其中的少部分人，已经在开始思考我们为什么存在的问题了。答案之一就是，我们生存于其中的宇宙，是经过对6个数的精细调谐才得以形成。正因为有这样的精细调谐，才有我们人类，才有我们在这里讨论这个问题。

那么我们这个宇宙的存在，还有我们人类自身的存在，真的只是出于一种巧合？或者竟然就是出自一位造物主的巧妙安排？天文学家们认为，如果那6个数字与现在观测到的不同，照样会形成一个与现在我们的宇宙不同的宇宙。不同的6个数，会形成无限多个不同的宇宙。但是其中的极大多数宇宙不是胎死腹中就是难以演化为成熟的宇宙。只有6个数字大小合适、组合正确的宇宙，才能正常演化到现在我们看见的这个样子，才会出现我们——观测这个宇宙的智慧生物。

对人和宇宙的关系作如上描述的理论被冠以了一个名称，叫做人择原理（Anthropic Principle）。这个名词首次出现在由约翰·巴罗（John Barrow，1952－　）和弗兰克·提普勒（Frank Tipler，1947－　）合著、由牛津大学出版社于1986年出版的《人的宇宙学原理》（The Anthropic Cosmological Principle）一书中。

由于不同科学家对人择原理的理解和表述各有不同，大致形成了两种强弱不同的表述。弱人择原理（Weak Anthropic Principle）认为，宇宙之所以是现在这个样子，是因为倘若它不是这样，就不会有谁来讨论这个问题了。强人择原理（Strong Anthropic Principle）认为，在所有可能的宇宙中，我们观测到的宇宙是唯一一个能够演化出像我们这样的智慧生物的宇宙，这是由观测到的宇宙参数决定了的。

尽管人择原理是从最新的观测证据出发、建立在精致的理论模型之上的，但是自从它被提出之日起，就经受着各种各样的批评。有人指出人择原理不能被科学地证实或证伪，尤其是“多重宇宙”的思想，那些退化了的、没有演化出智慧生物的宇宙，是我们这个宇宙中的智慧生物根本无法观测证实的。一种宇宙学理论，如果包含了这样的不能在该理论框架内得到证实的内容，一般会被认为不是一种好理论。因为这不符合科学哲学中一条叫做“奥卡姆剃刀”（Occam's Razor）的原理，该原理基于英国中世纪哲学家奥卡姆的威廉（William of Occam，1284－1347）的一句名言：“无需增加不必要的实体”。还有，人择原理也为“神创论”者提供了一个方便之门，尽管人择原理的提出者都是不同意“神创论”的，但似乎仍不妨碍“神创论”者们援引人择原理来“用科学的方法证明上帝的存在”。

对人择原理的争论似乎很容易滑向哲学和宗教，但对于宇宙中生命的起源、演化、分布等问题所进行的研究已经形成了一门具体的专门学问，那就是天体生物学（Astrobiology）。地球是迄今所知唯一适于生命居住的行星，但是天体生物学、实测天文学等领域内取得的进展，和在各种严酷环境中发现的大量极端微生物（extremophiles）这一事实，预示着生命也许可以出现在宇宙中其他地外环境中。天体生物学是一门跨领域的学科，它寻找太阳系内和太阳系外适宜生命居住的环境，对地球上生命的起源和早期演化进行实验室的和田野的研究，探讨生命适应地球和外太空环境的潜在能力。天体生物学的研究要综合运用物理学、化学、天文学、生物学、分子生物学、生态学、行星科学、地理学、地质学等多门学科，来研究其他天体上可能存在的不同于地球上的生物圈和生命存在的可能性。

作为一门学科，天体生物学的历史并不长，但它在逐渐成为一门热门的学科，近年来各种新成果也层出不穷。譬如，在1996年8月6日美国航空航天局公布了一条爆炸性消息：通过对一块采集自南极的编号为ALH84001的火星陨石的研究，证明30多亿年前火星上曾经存在过一种原始形态的微生物。

一块石头是怎么成为生命的证据的呢？火星和我们的地球一样，形成于46亿年前。有人推测大约在40亿年前，地球上就出现了地球生命的共同祖先。此后一直到10亿年前，地球看起来像一块不毛之地，海洋里没有海藻，陆地上没有树木，但那时的地球充满了生命——细菌和太古菌。在这些微生物的参预下，某些沉积岩会形成独特的“叠层”结构。科学家们相信，岩石中的“叠层”结构就是生命存在过的证据。但是地球的岩石圈经历了多次更替，保留在地球表面的35亿年以上的岩石非常稀罕。而有学者相信火星表面仍旧布满着35亿到40亿年前形成的岩石，火星太古生命的证据就在这些火星岩石中。

有一种生命起源理论认为，生命应该起源于行星形成的非常早的时期，那时火星也好，地球也好，还在遭受大大小小的陨星的频繁撞击。作为生命基础的有机分子和一些冰、尘埃和石头混合在一起形成彗星在太空中穿梭着。彗星进入内太阳系不停地撞击早期被强烈的太阳风吹拂得只剩下重元素的类地行星，带来了水和有机分子，在行星上创造出适宜生命繁衍的环境。

2004年1月成功登陆火星表面的美国“勇气号”和“机遇号”探测器则是要从火星岩石中寻找生命能够存在的证据——水。它们的工作基于这样一个原理：一些特别种类的矿物的形成必定需要水的存在，如果能找到这样的矿物，就是找到了存在过水的证据。“勇气号”和“机遇号”在火星表面漫游，寻找合适的岩石在上面打洞，分析岩石的成份。根据传输回来的分析结果，NASA已经宣布：火星表面曾经存在过大量的水。

当然从用光谱分析法找到的水存在过的证据到一个能与我们进行交流的“火星人”之间，还存在着巨大的差距。乘坐飞碟光临地球的外星来客看来暂时还只能存在于幻想中。美国人的SETI（搜寻地外智能生物）计划——默认了地外生命起码拥有了无线电通信的能力——是一种充满幻想和浪漫的尝试，而从火星石头中去寻找地外生命的证据则是一种更为脚踏实地的努力。从生命的源头找起，就算只找到一些细菌，也是寻找地外生命零的突破，从而大大增加了宇宙中其他行星系中存在生命的可能性。截至2010年8月，天文学家们已经找到了474颗太阳系外行星，也许我们人类在宇宙中真的不是孤独的。

恰当频率的小行星或彗星撞击，不仅使得生命在行星上得以起源，还是促使生命在行星上演化的动力。按照现在的一种理论，人类能够出现在地球上就是得益于一颗中等尺度的小行星对地球的撞击，那次撞击灭绝了恐龙，使得地球上的小型哺乳动物得到繁衍的机会。

6 500万年前的某一天，某只可能正在觅食的恐龙突然感觉到大地在颤抖，然后看见远处地平线上尘土喷涌而起，接着蓝天被烤得通红，炽热的岩浆雨夹带着被烤焦的同类的残骸从天空倾泻而下。这只恐龙来不及看到更多的惨景，自己也迅速被扑面而来的热脉冲烧烤成灰烬。曾经控制地球长达一亿多年的庞大物种在几个小时内就从地球上永远消失了。

以上是几位科学家关于恐龙末日全景图的最新构想。科学家推测恐龙灭绝是由于一颗直径在10公里左右的小行星撞击地球引起的。但之前一般认为撞击激起的灰尘遮蔽阳光可能达数千年之久，从而切断了食物链，处在食物链顶端的恐龙在饥饿和寒冷中慢慢灭绝。无论是几个小时的“突然灭绝”还是成千上万年的“缓慢灭绝”，在地质年代上都是短短的一瞬间。

跟恐龙的突然灭绝一样，恐龙在地球上的出现也是突如其来。二亿三千一百万年前，也即恐龙出现之前，地球上四分之三的物种突然灭绝。研究人员一直在寻找这次物种大灭绝的原因，最近他们在那个年代的地层中找到的一种特殊分子——巴基球——中发现了来自地球之外的物质，从而推断是一颗直径为6到12公里的小行星或彗星的撞击导致了这次物种大灭绝。这次撞击为卑微的蜥蜴清除了竞争对手，让它们在几百万年里一跃而进化成为统治地球的庞大物种——恐龙。

有证据表明在过去五亿年里地球上有过五次物种的大灭绝。其中以上提到的两次物种大灭绝极有可能由小行星或彗星的撞击引起。科学家们猜测另外三次也很有可能与小行星的撞击有关。天文学家们对小行星撞击地球的概率进行了估算后得出，大约每隔一亿年就会有一颗直径在10公里左右的小行星撞击地球，这样的撞击足以引起地球上的大半物种灭绝。较小的但足以毁坏一座城市的撞击大约每一千年到一万年发生一次。即使是毁坏一座城市的小撞击也不是我们人类愿意看到的，所以美国NASA执行了一个NEAT（近地小行星追踪）计划，希望到2015年前把90%以上的对地球有潜在撞击危险的小行星都编好目录、进行监测，万一发现它们中的某一颗要撞击地球，就发射飞船去改变它的轨道。

显然，天文学的进步不只是让人类知道自己在宇宙中有多么渺小，也能让人类更好地适应这个宇宙——保护好地球这个家园，让人类这个物种避免恐龙的灭绝命运。

但是，有时灾难并非一定来自外太空。在有文字记载的几千年人类历史中，地震、海啸、洪水、干旱、天花、鼠疫、种族屠杀、宗教迫害、为争夺生存空间而进行的战争等等种种天灾人祸时刻威胁着人类的生存，只是它们还没有或尚不至于把人类作为一种物种从地球上消灭干净。随着人类认知能力的进步，这份威胁人类生存的天灾人祸名单在过去的几十年里又增加了几样。譬如由于人类的过分活动导致全球变暖引起生态环境急剧变化从而威胁人类生存。生物技术的失控将会给人类带来灾难，人造的致命病毒在未来有毁灭人类的可能性。另一种可能的生态灾难会来自一种纳米级的人造生物复制机器，这种生物机器的使命就是汲取周围的有机物来复制自己，它们像花粉一样四处传播，最后将吞噬掉整个的地球生物圈。对物质本质的寻根刨底也可能会带来灾难：物理学家在实验室里做的实验一般被叫做受控实验，但现在的有些物理实验完全有可能不受控制。那种用高能粒子加速器做的实验，把粒子挤压在一起，可能会造出一个黑洞，然后吞噬掉所有组成地球的原子，或者把周围的时空撕裂开一个口子——当然也有物理学家说这种担心是多余的，人造的黑洞会迅速蒸发掉而不会产生危害。

1961年11月第一届SETI会议在美国西弗吉尼亚州的格林班克（Green Bank）召开，与会者们商讨的议题是以何种方式搜寻外星无线电信号最为合理。SETI的成立基于这样的信念：①宇宙中生命是普遍的；②宇宙中在足够近距离内存在拥有了无线电通讯能力的智慧生物；③这些智慧生物跟我们人类一样乐于和渴望与外星生物沟通；④这些智慧生物是友善的，虽然人类中的大部分对虚构的外星生物并不友善。

在这次会议上，SETI组织最著名的发起人德雷克（Frank Drake，1930－　）提出了一个估算银河系中能够并愿意进行星际通信的文明数目（N）的公式，后来被称作德雷克公式：

其中R＊是银河系中恒星的每年形成数量，fp是拥有行星的恒星比例，ne是一个平均行星系统中可居住行星的比例，fl是出现任何生命形式的可居住行星比例，fi是生命进化到智慧生物的可居住行星比例，fc是技术能力达到能够并愿意进行星际通信能力的外星社会比例，L是技术上先进的文明存在的平均期限。

SETI计划的早期参与者们给出了一个乐观的估计：N＝100万。进而算出先进文明之间的平均距离为几百光年。卡尔·萨根（Karl Sagan，1934－1996）还计算出银河系中的每一颗恒星平均10万年就有外星文明来访一次。每一颗拥有智慧生命的恒星每1万年就会接待一次外星访客。

当然上述估算的不确定性也是显而易见的。一个典型技术文明的寿命到底是多少？技术文明毁灭的可能方式包括小行星或彗星撞击、全球性气候变化等天灾，和核战争、生化武器、失控的实验、资源过度开发等人祸。有识之士警告说，人类能活过本世纪的概率是0.5。这也很可能是为什么我们看不到有外星人来访地球的原因，因为外星文明在拥有星际航行能力之前就把他们自己毁灭了。因此，变量L的意义不在于能否找到外星文明，而在于警示我们人类不要自我毁灭。

先驱者10号和11号上有我们地球人送给外星人的名片。或许，幸存的外星文明将教我们如何活过这个世纪。但在他们到访地球之前，人类先不能毁灭自己或被毁灭。