日课218｜宇宙的视角

作者：万维钢 

2017-06-26

今天是尼尔·泰森《给忙碌者的天体物理学 》最后一讲。

前面三讲我们讲了很多知识，今天咱们说点“意义”—— 知道一点天体物理学，了解宇宙是怎么回事，对我们普通人的生活有什么用处吗？

泰森说，天体物理学给我们的是一个“宇宙学视角”。

所谓视角，就是看问题的角度和方法。比如一群人出去旅游，要研究一下旅游的线路。艺术家视角，就是一定要去最美的几个地方。教育的视角，是去哪几个地方能学到最多东西。工程师视角是怎么合理规划线路。我们多一个视角，就多一个自由度，就不容易把自己限制在一个情境之中。

那宇宙学视角意味着什么呢？最根本的一点，就是这个世界不是因为你而存在的。

1.类地行星

地球在太阳系中占据了一个绝佳位置，这让我们深感庆幸。

一个行星要想适合生命存在，就必须得有液态水。这就意味着你的温度不能太冷也不能太热，这就要求你的轨道距离恒星不能太近也不能太远，而地球正好处在这样一个轨道上。更幸运的是，地球轨道几乎是一个圆形，一年四季的日地距离都是一样的，温度变化仅仅因为阳光的倾角不同 —— 如果轨道是个椭圆，冷热变化就会大得多。地球的大小和密度也正好合适。如果太大，过高的重力就不允许大型动物出现；如果太小，什么东西都太轻了也不行。

像这样难得的行星，天文学家称之为“类地行星”。宇宙中能有多少类地行星呢？有很多。

观测太阳系以外的行星非常困难。你几乎没有办法直接观测，因为行星的亮度相对于恒星来说实在是太弱了。如果你站在离太阳系很远的位置看，地球的亮度只相当于太阳的十亿分之一！泰森打了个比方，这就好比在探照灯中找一个萤火虫一样困难。

但天文学家还是有办法的。我们可以想象，当一个行星绕着恒星转，正好转到正面的时候，它会把恒星的光遮挡一部分。那么如果你盯住一颗恒星看，你就会发现恒星的星光会周期性地发生一点点黯淡。星光有了这一点点黯淡，我们就知道有颗行星转过来了，等到光亮恢复，我们就知道行星转到背面去了，对吧？

那么这一点点黯淡到底是暗了多少呢？如果你站在远方遥望太阳系，地球转过来，大概让太阳的星光黯淡了一万分之一。

就这么一点点，天文学家也能捕捉到。美国国家航空航天局（NASA）2009年发射了“开普勒”太空望远镜，它的使命就是寻找太阳系以外的行星。开普勒望远镜能分辨出来一颗恒星被几颗行星遮挡的情况。天文学家甚至还有办法通过恒星星光穿过行星表面时候发生的折射情况，判断这颗行星大气的主要化学成分。

开普勒现在已经找到了几千颗太阳系以外的行星。其中有几颗，看上去就跟地球有点相似。我们这几年就经常听说发现类地行星的报道。

我们知道，仅仅是一个银河系里就有千亿个甚至可能万亿颗恒星。而天文学家估计，仅在银河系中，类地行星就至少四百亿颗。这就等于说给古往今来每个曾经活过的地球人都发一颗类地行星，还绰绰有余。

当然，生命的产生可能是一系列机缘巧合的结果，这四百亿颗类地行星上不可能都有生命。但这个要点是宇宙中应该有很多很多行星上有生命 —— 只不过跟我们距离太远，动不动就几十光年甚至几十亿光年，互相之间没法交流。

在太阳系里，地球的确是非常特殊，人类这个高等生物的出现的确是难能可贵。可是放眼宇宙，甚至仅仅是放眼银河系，我们似乎一点儿都不特殊。这个宇宙不可能是专门为了我们而存在的。

这种感觉，就好像你是某个省的高考状元。全省这么多考生你考了第一，所有大学供你随便挑选，你肯定会感到自己非常了不起，仿佛整个高考制度都是为你而设！可是等你上了大学之后，发现你们班上就有好几个状元，很多人比你厉害得多，你这才知道什么叫人外有人，以及 —— 这里不带任何夸张比喻 —— 天外有天。

宇宙中的星星比地球上的沙子都多，比地球上有史以来出现过的所有人说过的所有的话，其中所有的字所有的音节都多。

泰森说，当我思考宇宙的膨胀的时候，有时候我会忘记地球上还有饥寒交迫的人。

当我分析暗物质和暗能量数据的时候，有时候我会忘记地球上有人正在因为宗教信仰和政治理念的不同而互相杀戮。

当我跟踪行星和彗星运行轨道的时候，有时候我会忘记地球上有的人不顾对子孙后代的责任，恶意破坏环境。

因为不管你怎么想象，宇宙都比你想得更大。

所以我们现在有个矛盾。考虑到生命、甚至组成生命的每个粒子出现的概率之小，我们应该觉得自己特别幸运；可是考虑到宇宙之大，我们又觉得自己特别渺小。

那宇宙学视角，到底让人何以自处呢？

2.和宇宙的连接

纽约市某个博物馆曾经放过一个关于宇宙的穹幕电影。观众沉浸其中，以一个假想的视角，从地球出发，飞出太阳系，再飞出银河系，镜头越拉越远，能直观感到宇宙非常非常大，地球非常非常小。

某常春藤大学的一位心理学教授，看了这个影片深受震撼，感觉自己实在太渺小了。他就给泰森写信，说他想用这个影片搞个现场观影调查，研究一下“渺小感”。

可是泰森说，我是专门研究天体物理学的，我整天面对宇宙，可是我并没有“渺小感”。我的感受是我是跟宇宙是连接在一起的，我感觉我更自由了。

如果你了解生物学，你大概不会认为人是地球的主宰者，你会认为人只是地球生物的一个成员。论数量，细菌比人多得多；论智力，人跟黑猩猩的基因只差了几个百分点而已。如果这么小的基因差异就能导致这么大的智力差距，那如果真有一种什么外星人，在基因上就比我们高级很多，那在他们眼里我们人类又算什么呢？

想想这一点，高考状元大概也可以释然了。事实是你既不比本省没考上状元的人强很多，也不比外省的状元差很多，在宇宙学视角之下，每个人都是一个成员。

而且每个人都互相有联系。一杯水中包含的水分子的个数，比地球上所有水分能装满的“杯数”，还大得多，大约要多1500倍。这就意味着，你喝的每一杯水里面，都必然有很多分子是地球上其他人喝过的 —— 也许它们曾经在苏格拉底、圣女贞德和成吉思汗的肾脏里经过。空气也是这样，我们吸入的每一口空气中分子的个数，比地球上所有空气的“口数”要大得多，这就意味着你可能刚刚吸入了曾经被拿破仑、贝多芬和林肯呼出的气体分子。

我们生命最关键的四个元素，氢、氧、碳和氮，遍布于整个宇宙。这些元素都不是本地生产的，它们来自早期的宇宙，产生于某个大质量恒星，是恒星爆炸才使得它们在宇宙中传播。

距离我们几十亿光年远的地方可能有个外星人，你跟他永远都不可能见面 —— 但是他身上的某个氧原子，和你身上的某个氧原子，是几十亿年以前在同一颗恒星上制造出来的。

再进一步，地球上的生命也不见得起源于地球，我们甚至可能都是外星生命的后代 —— 比如说，火星。现在有一个学说认为地球生命起源于火星。

在太阳系的早期，火星上很有可能是有水的，而那个时候地球上还没有水，那么火星就可能先于地球产生生命。

物理学家现在知道，如果有一个巨大的小行星撞击某个行星，只要撞击的动能足够大，行星上的一些物质就会被飞溅到太空中。那么其中就可能携带一些微生物。

而有些微生物的生存能力非常强，即使在宇宙空间中也能生存很长时间。

那么就有一种可能，小行星撞击火星，把火星上的一些原始微生物泼溅到了地球上！那我们就可能都是火星人。

宇宙非常非常大，但哪怕再遥远，我们每个人跟每个人都有联系。

3.谦卑与探索

我以前一直有个想法，我们这个宇宙不太可能是一场计算机模拟游戏。因为如果你只是为了哄地球人玩，模拟这么一个世界的话，你完全没有必要把宇宙场景设定得这么大。如果宇宙的绝大部分是我们永远都不可能访问的，那那些遥远星系的存在对我们到底有什么意义呢？

宇宙学视角的一个重要意义就是让我们谦卑一点。

泰森说，比如你观察小孩。小孩总是把身边一点小事儿当成天大的事儿。玩具坏了，他就哭闹。膝盖擦破一点皮，他就大喊大叫。他们以为自己是世界的中心，因为他们经验太少，不知道世界上有比这些大得多的事儿。

那我们作为大人，是不是也有同样幼稚的想法呢？我们是不是也会不自觉地认为世界应该绕着自己转呢？别人跟你信仰不同，你就要打击；别人跟你政治观点不一样，你就想控制。如果你有点宇宙学视角，你可能会觉得人跟人的区别不但不是坏事，反而还值得珍视。

探索宇宙可能会给我们带来一些实际的物质好处，也可能纯粹是因为有趣。但是泰森说，探索宇宙还有一个功能，就是让我们保持把眼光放远的态度。

如果你只看自己这一亩三分地，你慢慢总会认为世界就应该绕着你转，你一定会变得无知和自大。愿意向外探索，实在是事关谦卑的美德。

好在我们这个宇宙没有义务让我们理解。它现在还充满未知！

| 禅定时刻

最后咱们再看一张照片。

图片

这是一张著名的照片。1990年，旅行者1号探测器即将飞出太阳系的时候，在距离地球60亿公里的地方，美国国家航空航天局命令它回头再看一眼，拍摄了60张照片。照片上的光带是相机镜头反射的太阳光。其中的这一张上正好包括了地球 —— 就是图中那个亮点。

泰森的老师，天体物理学家、也是著名的科学作家卡尔·萨根，看了这张照片非常感慨，他在1996年的一个颁发学位典礼上就此说过一段非常著名的话。咱们就把这段话作为这个系列的结尾吧 ——

我们成功地（从外太空）拍到这张照片，细心再看，你会看见一个小点。就是这里，就是我们的家，就是我们。在这个小点上，每个你爱的人、每个你认识的人、每个你曾经听过的人，以及每个曾经存在的人，都在那里过完一生。这里集合了一切的欢喜与苦难，数千个自信的宗教、意识形态以及经济学说，每个猎人和搜寻者、每个英雄和懦夫、每个文明的创造者与毁灭者、每个国王与农夫、每对相恋中的年轻爱侣、每个充满希望的孩子、每对父母、发明家和探险家，每个教授道德的老师、每个贪污政客、每个超级巨星、每个至高无上的领袖、每个人类历史上的圣人与罪人，都住在这里 —— 一粒悬浮在阳光下的微尘。 地球是这个浩瀚宇宙剧院里的一个小小舞台。想想从那些将领和帝王们挥洒出的血河，他们的光荣与胜利只为了让他们成为了这一点上一小部分的短暂主宰。想想栖身在这点上一个角落的人正受着万般苦楚，而在几乎不能区分的同一点上的另外一个角落里亦同时栖身了另一批人。他们有多常发生误解？他们有多渴望杀了对方？他们的敌意有多强烈？ 我们的装模作样，我们的自以为是，我们的错觉以为自己在宇宙里的位置有多优越，都被这暗淡的光点所挑战。我们的星球只是在这被漆黑包裹的宇宙里一粒孤单的微粒而已。我们是如此的不起眼——在这浩瀚之中，我们不会从任何地方得到提示去拯救我们自身。 …… 一直有人说天文学是令人谦卑，同时也是一种塑造性格的学问。对我来说，希望没有比这张从远处拍摄我们微小世界的照片更好的示范，去展示人类自大的愚蠢。对我来说，这强调了我们应该更加亲切和富同情心地去对待身边的每一个人，同时更加保护和珍惜这暗淡蓝点，这个我们目前所知唯一的家…