卡里布·沙尔夫

小时候我住在英格兰乡下，有一次大人们叫我到花圃去找根茎重新栽种。我不晓得从园艺的角度来看，春天应不应该做这件事。我还记得当时那些小根茎那么耐寒，竟然活过了严酷的冬天，安静地等待着阳光的温暖穿透遮盖它们的土壤。我拨开去年的枯叶，小心翼翼地刺探着那片肥沃的泥土。从我幼小的心灵来看，那块土地似乎很大，而且也很空旷。很快，我摸到一个小小的硬块，周围是粒状的土块，差点看不出来。我终于找到了我的第一块宝贵的根茎。

我只搜寻了一小会儿，就已经找到了一块根茎。这一下把这没劲的活动变成了充满希望的征程，我估摸那片粗糙的土地里一定藏有大量这样的生命，想象着自己的小手摸索着，想象着我的小铲子会挖出好几抱，我将得到巨大的财富，也会受到大人的夸奖。

可惜情况不是我想象的那样。整个下午我就找到那么一块。我捅呀捅，戳呀戳，挖呀挖，两只手越来越酸痛，那片黑土摇身一变，成了巨大无边的不毛之地。怎么会是这样呢？如果我只花几分钟就能找到一块多汁的根茎，不是意味着还有好多好多其他根茎吗？

这件事伤了我的自尊。长大后我仍然在很多场合回想起这件事，因为像我这样的天体生物学家每天都在茫茫宇宙中搜寻其他生命。这是一个极其有趣、极富挑战而且极其令人失望的问题。

在一大片土地里，只找到孤零零一块根茎和在茫茫宇宙中是否只有地球生命之间有着共性。至今，我们只知道仅有一个恒星系的一颗行星上有生命存在，它在一个拥有十亿万亿颗恒星的宇宙中漂泊着，小小的那么一点，那就是我们的家。我们在这个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。但是这样的幻想有深远的误导性，是一个危险的领域。

自古希腊的原子论和哥白尼颠覆唯我论的世界观以来，我们一直在玩弄多重世界的概念，认为宇宙中充满了行星，行星上可能有这有那。天文学家探测周围的世界，甚至离我们的太阳最近的恒星。然而，我们周围的宇宙是荒地一块，就跟我童年时的那个花园一样不讨人喜欢。

20世纪90年代，情况发生了变化。先有人证实，在一个遥远的脉冲星周围有行星大小的物体在环绕轨道运行。脉冲星是超新星爆发遗留下来的快速旋转的超密度恒星残骸，一般会定期喷出脉冲。它的规律性令人惊奇，但这个脉冲星有小小的变化，表现出行星体的引力拖拽。没过多长时间，到了1995年，天文学界探测到一颗环绕恒星运转的巨大行星。这颗恒星很像我们的太阳，被命名为飞马座51。它是通过射谱仪探测到的，同时也记录到了一个未知引力在这颗恒星上引发的细微的多普勒频移。飞马座51的伴星质量是木星质量的1/2，公转一周需要4.2个地球日，与水星轨道非常相似。在其他恒星周围发现的另外两颗行星——处女座70b和天鹅座16Bb，进一步动摇了太阳系结构的完整理论。这些行星的轨道呈高椭圆形，因此，围绕其母恒星运转时，造成的母恒星自身的往复摆动幅度很大。

此后，我们发现的行星的数量超过了两位数，接着是三位数，现在摇摇摆摆地上升到一两千颗，可能还会更多，这要看我们对自己的探测方法有多大的信心。的确，扩展我们的外星世界目录所遇到的最大障碍是恒星天体物理学这门很麻烦的科学，与我们的工具有力无力倒关系不太大。一颗恒星可视面等离子的上下涌动造成的测量误差和统计噪声，使周围行星的微妙效应模糊化。在这种条件下寻找行星就像在刮着飓风的麦田里通过一只鸟儿飞过麦田引起的微弱摆动寻找这只鸟一样。

那么，宇宙中到底有多少颗行星？我先介绍一下最新的具有代表性的例子吧，这就是美国航空航天局的开普勒项目。开普勒望远镜瞄准银河系遥远的一片空间，耐心地观察大约14万颗恒星，寻找从恒星面前飞过的蚊子大小的光点。根据哈佛天文学家库尔特内·德莱辛和大卫·夏邦诺于2013年2月在《天体物理学报》上发表的文章，这项研究聚焦在小于太阳的恒星上。这是因为经过小恒星的行星比较容易被捕捉到，而且小恒星远远多于大恒星。这些恒星被称为M矮星和K矮星，其质量从太阳的1/10至1/2不等。在我们的星系邻居中，大约75%的恒星都属于这一类，用来做统计非常好。以我们现有的数据来看，这类小恒星中有90%周围有直径为地球直径1/2至4倍的行星在运转，轨道周期为51个地球日或更少。体积较大和轨道较大的行星也非常多，大小与地球相似且处于宜居带的行星数量大约占到1/7。考虑到这些小行星在我们周围的密度，距离地球16光年之内拥有这类温和世界的可能性有95%。我们的银河系可能有230亿颗恒星，每颗恒星都可能拥有地球大小的行星，其表面的温度适合生物生存。

230亿是一个大约的数字，或者多一些，或者少一些，与其他估计大致吻合。有些研究得出的地球大小的行星数量接近170亿，它们的运转轨道和结构各不相同。还有人暗示，这个数字大约是60亿，但只限于大小接近地球的行星。如果我们的统计延伸至被称为超级地球的稍大一点的行星，这个数字又得回到数百亿。不管你准备如何切分宇宙这块蛋糕，结果都是行星占一大块，我们很乐意去研究它们，也许还能登陆其中一些。这个数字大得吓人，宇宙似乎制造了大量这样的温和行星。

这意味着什么？我们对自己在宇宙中的位置感到困惑又意味着什么？这当然说明地球是宇宙里其他行星中的一员，并且至少有着某些共同特点。但我总觉得应该还有更多的意味。难道没有对我们提出的问题——即宇宙的其他地方是否有其他生命存在——给出什么暗示？有，但不是我们最初想的那样。

在谈到存在其他世界时使用的“充分”“无限”这些概念，一直有着相当的诱惑力。2000多年以前，哲学家德谟克利特曾这样写道：

有无数大小不同的世界，有些既没有太阳也没有月亮，有些的太阳和月亮比我们的大，有些不止一个太阳或月亮……有些繁荣，有些衰落……有些既没有动物也没有植物，就连水也没有。

这样的概念激励了后来的原子论者，如伊壁鸠鲁及其追随者。他们文章中的这个字眼包括更多可触摸到的多元模式：存在于无限空间内的“无数大小不同的世界”的概念，近似于真正的行星和类地环境。当然，不是每个人都同意这个观点，持地球中心论的大师亚里士多德就竭力反对。endprint

到了16世纪中叶，当哥白尼提出他大胆的宇宙观，否定了地心说时，新一代人开始想知道宇宙中是否充满了像地球一样的行星。在1600年的罗马，神父、哲学家兼科学家焦尔达诺·布鲁诺因“异端邪说”被绑在火刑柱上活活烧死，他的“异端”行为就包括他用力鼓吹“恒星是拥有自己行星的太阳”之说。稍后，法国博学的贝尔纳·德·丰特奈尔在其《多元世界对话录》（1686年）一书中，思考了所有恒星都有类似太阳系一样的世界的可能性。这些观念一点一滴地积累起来，使得宇宙越来越大，我们在其中的地位越来越小。

伏尔泰也参加了这一讨论，在他的讽刺作品《微型巨人》（1752年）中，来自天狼星和土星的巨人对小小的地球及其微小的居民很是好奇，他们吃惊地发现地球人类竟然还拥有智能！这些优越的智能生命给地球人留下一本旨在解释存在意义的书，可是翻开一看是一片空白，什么也没有。

宇宙中充满行星的观点得到了不同领域许多人的支持。自然哲学家克里斯蒂安·惠更斯就是一位热心者，天文学家威廉·赫歇尔也喜欢，诗人亚历山大·蒲柏也是，他于1734年这样吟道：

谁能穿越浩瀚无垠的广阔空间，

许多世界组成的宇宙他能看见。

观察一个星系包含另一个星系，

许多行星围绕自己的太阳旋转。

每个星球都有自己不同的居民，

方可明白上苍是如何制造人类。

所有这些多元世界的梦想都有一个惊人的共性，它们对一个假想没有任何争议：行星或类似行星的环境等同于生命，生命也等同于行星似的环境。事实上，过去的思想家几乎没有把行星的存在与行星上生命的存在分开。今天，我们能够这样做，是个惊人之举。

当然，今天的天文学家常常为有没有合适大小和结构的行星，行星上有没有液态水，也就是说有没有适合居住的区域而烦恼。我们认为行星上不一定有居民可是天文学家和像我这样的天体生物学家却一天又一天地想方设法计算哪个行星拥有蕴藏生命的特点。

然而，尽管如此谨慎，我们的想法还是有些一厢情愿，我们仍然在希冀能够找到生命。像我的很多同事一样，我在很多场合都把行星与生命混为一谈。但是，我们与过去那些多元论的倡导者在关键问题上是不同的：我们有着他们从未有过的信息。我们能够证实有大量行星的存在，这已经不再是原子论者的梦想。然而，大量行星存在本身并没有增大生命存在于宇宙其他地方的几率，只是从根本上改变了这个问题的性质，而这种性质的改变反过来将我们导向更加深刻而且相当令人震惊的真理。为了理解这个真理，让我们回到那年春天我家花圃里的那块孤零零的根茎，把它带到宇宙的领域里来。

让我们设想一种不同的现实：我们发现太阳是星系中唯一拥有行星的恒星，或者说整个宇宙中只此一例。关于自然发生的概率，它能说明什么问题？如果认为我们的存在是肯定的证据，说明只要有行星存在，生命就极有可能存在。这样想是很有诱惑力的。假如不是这样，存在一个恒星系就会有生命的可能性似乎是捕风捉影。

可这是事后分析，因此具有误导性。生命存在于这个想象中的孤独地球上的事实，并不能告诉我们生命的存在是很有可能还是极其不可能。因为如果我们没有出现在这个星球上，那就无从谈起这个问题。无论我们出现的几率多么微小，比如说十亿分之一，或是一台可以产生生命的仪器的产物，结果在事后的观察者看来都是一样的。这就像童年的我，因为在一大片荒芜土地的一个点上很快找到一块根茎而希望大增。

当然，这并不完全公平。在真实宇宙中，微生物在地球形成数亿年后似乎就已经出现，这个事实里包含了一丁点儿信息——宇宙中的生命可能就是这样产生的。但是，仅有这一个数据点，不会对自然发生的几率带来多少有意义的条件。生命可以经常突然出现，或者极其稀少，我们不知道会是哪种情况。

可是，如果我们在这个想象的宇宙里找到了第二个行星，它围绕另一个恒星运行，而且可能蕴藏着生命，那会怎么样呢？（假设我们能够检测到这个第二世界是否有生命存在。）不管答案是肯定的还是否定的，我们都能极大地促进自己有关自然发生几率的知识。在这个假想的宇宙中，如果我们发现的可居住行星越多，我们的检测能力就越强，这样一来，我们就能建立并改进生命存在可能性的数学模型。

现在，让我们回到自己的宇宙中来。这里到处都是中等大小的行星，有几百亿颗。这能告诉我们什么呢？它不能告诉我们生命多么常见，但是可以给我们一个发现的机会。如果我们生活在一个只有几颗行星的宇宙里，即使这些行星上都有生命存在，就像早先那些多元论倡导者想象的那样，我们也永远都不能精确地推断自然发生的真正概率，也不会有幸在可及范围内发现这样一个世界，在银河系这个茫茫星空中一无所得。数以十亿计的行星给了我们书写方程的机会，给了我们确定可居住性与真正居住之间的关系的机会，而且可能还有更多的意义。

在过去的一个世纪里，科学家已经注意到我们这个宇宙的许多根本物理特性，从引力到确定原子结构的基本常数，它们与生命存在的必备条件似乎精确匹配。如果改变一些常数，就不会有太阳这样的恒星，就不会有像碳这样的建造复杂分子的重元素，也不会有其他种种。

当然，如果事情不是现在这个样子，我们就不会坐在这里来表示关注，这是显而易见的事情。在这个意义上，认为宇宙拥有生命这种明显的“微调”只是一种选择效应，是我们存在所不可避免的偏见。如果假设我们的宇宙是唯一的宇宙，是曾经存在的唯一现实，那么自然的这种“微调”就尤为神秘。既然是这么一个一次性的宇宙，里面又是些又小又脏的分子碎屑（即所谓的生命），那还微调它干什么？这是一个棘手的问题，会引来各种各样有趣的解释，有时甚至会解释得很疯狂。但是基础物理学和宇宙学也许能解开这个奥秘。

自从美国哲学家和心理学家威廉·詹姆斯于1895年首创“多元宇宙”这个词以来，已经有越来越多的理由认为我们的宇宙实际上是许多宇宙之一，是被距离和时间或维度分隔的其他空间中多元宇宙的一个组成部分。有些理论框架表明，宇宙的数量可能有10的10次方的16次方那么多。我们对宇宙的探索表明，孕育了我们宇宙并使其膨胀的了不起的能量，以及真空量子物理学，也适合生成所有其他的宇宙。我们甚至还有机会通过天体物理学的方法检测它。如果这个理论成立，我们微调后的宇宙就不再神秘，而成为更大的多元宇宙的一个组成部分，一个适合生命产生的组成部分。

我们这个富有行星的宇宙的特别之处在于，它既适合生命生存，也适合探索生命。如果我们回到假想的唯一星系的宇宙中去，我们就无法了解生命发生的几率。我们生活的宇宙让我们能够估量自己的重要性。现在，我们对生命和宇宙性质的理解并未说明这一点的必要性，然而事情就是如此。

现在，我们还不清楚能否解开这个奥秘。首先，我们需要建立自然发生的方程，深挖天体物理学的土壤，去宇宙中寻找孕育生命的地方，探索大自然的点点滴滴。这种方式是直截了当的：找到更多类似地球的世界，在其表面搜寻生命的化学特征。虽然这很不容易，但是像20多年前那样，现在我们知道有一个星系的行星可供我们追寻，只要我们坚持，这个方程就一定能建立起来。

从非常现实的意义上来说，这项工作的可能性本身已经改变了我们的宇宙，不是因为它告诉了我们其他星球上有生命的新数据，而是因为它把评估我们的重要性和我们宇宙的孤独性提高到一个新的水平。我们宇宙的基本特性不仅与生命的需要调和一致，还让我们看到了探索的希望，使我们能够发现生命产生的几率、生命的起源，也许还有这种调节本身的真正原因。如果你仔细想一想这个问题，多想几遍，你会意识到，阿尔伯特·爱因斯坦所说的“宇宙最不能理解之处是它可以被理解”这句话是很有道理的。endprint