W当哥白尼在400多年前告诉我们地球不是宇宙的中心时，他几乎无法想象它会走到这一步。在天文学和宇宙学的帮助下，我们似乎已经被缩减到近乎虚无的状态，时间和空间的碎片里的小点，小点里的小点本身就是整个宇宙。但我们该如何解释这个事实呢?这种哥白尼式叙事的最终延伸是否决定了我们无限平庸的命运?这个问题比最初看起来要复杂得多。
人们很容易觉得自己不重要
它始于我们银河系的后院，围绕着半人马座阿尔法星b。去年，我们发现我们的邻居至少有一个世界[1]。1提醒你一下，这不是我们会称之为家的地方。它的一年只有三天。它的表面温度可能超过1000摄氏度——足以熔化硅酸盐岩石。一到达目的地，你就会沉浸在灼热的矿物蒸汽中，瞬间烧灼着你的肺——也就是说，在你被炸成一团烟雾之前。
但它和地球一样大，距离地球只有4光年。在这个系统中可能还有其他更温和的行星。反过来，这些世界将仅仅是我们宇宙邻居中最近的一颗尘埃。我们的银河系拥有超过2000亿颗恒星，是可观测宇宙中数千亿个星系[2]中的一个。在过去的几年里，我们已经了解到，在这令人眩晕的星空周围，以令人震惊的效率形成了一堆世界的碎片和废弃物。(参见行星探测)
为什么木卫二是外星生命应该去的地方
我看到了太空探索的未来，它看起来就像一个满是棕色涂鸦的主球。我说的是木卫二，直径1940英里，几乎是白色的，非常光滑的木星卫星。这是一个神秘的世界……阅读更多
1995年，我们在太阳系外发现了第一批围绕类太阳恒星运行的行星(系外行星)。从那时起，已知的系外行星数量飙升至几百颗，其中有2700颗可靠的候选者，还有多达1.8万颗恒星需要进一步研究。一些恒星系统确实充满了世界，挤在环绕在引力混乱边缘的轨道上。事实上，在宇宙中，行星的数量很可能比恒星的数量还要多——这意味着有成百上万亿的行星，有大的有小的，有热的有冷的，可能还有一些和我们的地球有点像的。事实上，最近的分析[3]表明，至少有15%的恒星可能有地球大小的行星，在其表面可能存在液态水的区域内运行。
这些行星上出现生命的可能性也越来越大。这是我们最近几年学到的宇宙中充满了地球上生命所使用的建筑材料。向外看，你会发现70%以上漂浮在星际空间的分子含有碳原子，这些碳原子和它们多余的价电子非常善于与其他元素结合。
事实证明，外太空是一个巨大而缓慢的蒸锅。的密集的每立方厘米的星际气体可能含有1万个氢原子和3到4个碳原子。这仅仅是我们呼吸的空气密度的一千万亿分之一。太空深处的原子在与伴侣相撞前可能会飞行10万公里。但太空有它自己的秘方。长期以来被低估的一组被称为质子化分子氢[4]或H3+的3个质子和2个电子，当元素碰撞或粘附在恒星产生的微小硅酸盐和碳尘颗粒的表面时，催化了一个巨大的反应网络。(见星际反应。)在数百万年的时间里，像多环芳香烃这样复杂的化合物是由几十个碳原子组成的苯环阵列制造出来的。其他结构是氨基酸的前体，也就是构成你我的物质。在地球上，我们可以从含有数十种氨基酸物种的陨星上读取这种活动的化学记录。如果它们落在我们身上，它们很可能落在其他星球上，可以想象，在一种生命的起始混合中，锻造了无数外星生物化学的开端。 And my own speculation is that there are many, many different ways to end up with complex organisms, that the steps that happened to allow us to be here on Earth do not need to be copied verbatim elsewhere.
事实证明，外太空是一个巨大而缓慢的蒸锅
面对这些观察，人们似乎需要援引一些极其人为的环境来论证地球上生命的事实和本质是特别的。
然后是最后一个边界——不，不是《星际迷航》里的那个，而是比那个更伟大的东西。许多宇宙学家现在都相信，我们的宇宙只是宇宙中众多“事物”中的一个，每个“事物”都有自己的一套物理定律，大部分被空间和时间分隔开。其中一些想法自然地来自于推动早期宇宙指数膨胀膨胀的物理学，以及看似固有的“无”本身的不稳定性。虽然这些想法目前还只是推测，但很快就会得到验证。我们的宇宙与其他宇宙“碰撞”的微妙特征可能存在于无处不在的宇宙辐射背景中，也可能存在于物质在大尺度上的运动中，这两种特征都经得起下一代天文实验的检测。
甚至在看似不可能的情况下,绝对没有其他生命的令人眼花缭乱的广阔自己的宇宙,是不太可能的是没有在无限期的宇宙,每个都有自己的物理学,自己的数不清的行星,和自己的宇宙化学反应。
我们在这里。所以他们在那里?
唷。我们在一个很大很大的地方。想起来会很累人。我们距离600年前普通学者所想象的创造的中心和目的还有很长的路要走。但这片广袤的土地对我们究竟意味着什么呢?我们该如何反应?如果我们是在这众多的宇宙中，我们是唯一的生命，在某种程度上，更多的special-more意义重大。这就是问题所在。我们的反应取决于是否有其他生命存在。
我们关于地球以外生命存在的定量推理，要归功于18世纪一位默默无闻的英国数学家和非国教神学家托马斯·贝叶斯[5]。贝叶斯统计是关于信心的。为了说明这一点，想象一下，如果你愿意，一个相当没有经验的数学园丁[6]。2她有一小块地，还有一大袋神秘的东西，叫做“种子”。园丁心血来潮，把其中一颗种子埋在土里，浇了水，然后等着。
在这个阶段，她不知道接下来会发生什么。过了几天，你瞧，一根芽长出来了!但这意味着什么呢?种子总会发芽吗?这是一个有希望的可能性，所以园丁制定了一个衡量她的信心，这将再次发生。她的假设是，种子发芽或不发芽的概率是一样的——两种结果的概率都是1比1，或50%。这种假设被称为“制服”之前,显然是不正确的，但这是最符合逻辑的假设。园丁只知道她的实验有两种可能的结果:发芽和不发芽。由于数据太少，无法让她偏向某一方面，所以她对每一种结果都给出了相同的概率。
她继续向前，在地里种下另一颗种子，等了几天，又发芽了。现在，她已经看到了两颗种子发芽，因此她调整了信心，以2比1的赔率让播种的种子发芽(66.6%，或三种可能结果中的两种)。第三次成功，这一比例增加到3:1(75%)，以此类推。随着每一颗新芽的发芽，园丁变得越来越有信心，但从来没有绝对的把握，播种的种子会生长。即使在她看到第100张照片出现的时候，她也只有99%的信心相信这种情况会再次发生。
对于这种贝叶斯分析来说，宇宙中生命是否丰富的问题已经成熟。2011年，普林斯顿大学的两位科学家大卫·斯皮格尔(David Spiegel)和埃德温·特纳(Edwin Turner)[7]做到了。他们的方法比园丁的复杂得多，但有一个共同的关键特征:他们使用的数据很少。事实上，他们的全部数据可以被简单地总结为:微生物生命在地球上迅速“发芽”(这一事件被称为非生物发生)，大约38亿年后，复杂细胞、智能生命出现了，并进行了这一观察。关于宇宙其他地方存在生命的可能性，这两个事实告诉了我们什么?
答案是，不多。贝叶斯分析的核心是衡量我们的结论有多少来自我们之前的假设，有多少来自我们的实际数据。在这种情况下，它揭示了我们对宇宙中生命的结论很大程度上取决于我们的假设——我们的假设之前理论是关于行星上产生生命的可能性，以及在地球上产生生命的具体结果。一个简单、乐观的模型假设，非生物发生的频率是一个常数，或者可能随着行星年龄的增长而降低，当校准地球上的非生物发生时，它预测了宇宙生命的丰富。但该模型承认，非生物发生率低至每100亿年甚至1000亿年一次，这意味着我们也可能是宇宙中的第一个生命。稍微改变一下模型，所有的赌注就都取消了。要让我们的信心朝哪个方向摇摆，数据实在太少了。
此外，斯皮格尔和特纳指出，这种分析取决于一个简单的事实，因为我们在这里提出这个问题，我们必须在一个支持最终出现智慧生命的星球上。不幸的是，结果是，我们自己的存在并不能真正告诉我们在地球之外存在生命的可能性:在某种意义上，它只是这个问题本身的一个回声。
要证明地球上生命的事实和本质是特殊的，就需要援引一些极其人为的情况。
他们的调查做生动地展示了我们的理解发生了多么巨大的变化如果我们发现一个宇宙中生命的另一个例子。在一个给定的行星上，自然发生的概率可能会上升10倍或更多，达到每十亿年一次以上。宇宙只有138亿年的历史，所以这很重要!突然间，我们的银河系充满了生命。
在充满碳质生物的宇宙中，我们是典型的碳质生物吗?简单地说，我们不知道。但我还可以告诉你一些事情:科学已经向我们展示了生命，任何生命，在某些方面都远不是平庸的。
与宇宙融为一体
有一些非常古老，深刻，而且很重要的东西可能会挑战我们的平庸观念。
它开始是因为你是由宇宙累积的物质组成的。38亿多年前，你的一部分撞到了地球。它可能是一些碳原子、氧原子或氮原子，或者分子中存在的许多氢原子的一部分。这些是原始的东西，是100亿年前发生的大爆炸的残留物。宇宙中十亿分之一的残渣碎片充满了湮灭的物质和反物质。
你们的重元素穿过了其他恒星的消化系统。由1000万度的恒星核核聚变而成。这些微小的物质团最终在超新星爆炸中分散到星际空间，可能会暂时照亮整个星系。在寒冷的太空中冷却，它们居住在星云云中，最终再次屈服于重力无情的拥抱，向内坠入围绕着一颗正在成长的新星的年轻物质漩涡的混乱之中。如果恒星质量足够大，只经历一次这个过程就足以产生少量较重的元素，但要让宇宙变得足够丰富，就需要数代恒星。我们的家谱很靠谱。
回到我们的星球诞生之初，这些元素首先是在巨大的胚胎碰撞中形成的，然后是逐渐减少的金属、岩石和冰雨[8]。3.在随后的数十亿年里，这些原子走上了许多不同的道路。一些被带到海洋和大气中，另一些则被隔离在漂浮的行星地壳的冷却矿物质中。数以万亿计的微生物已经处理了许多这样的原子——也许携带它们一段时间，或者只是在丢弃它们之前把它们捡起来进行短暂的化学处理。
一些原子与其他生物结合在一起:昆虫、植物、动物——形成了一组混乱的轨迹和历史。直到现在，今天，当它们从你的母亲那里传承下来，她的食物，你的食物，你呼吸的空气，你喝的水，成为你身体的一部分。
但是，如果宇宙的一些基本物理常数和初始特征稍有不同，这些通往星系、恒星、重元素、无处不在的碳分子和生命本身的路径就会被颠覆。例如，精细结构常数决定了原子的大小和行为。如果它再大一点，或者再小一点，行星之类的物体可能就不会形成，化学也不会像它那样运作。如果引力再大一点，所有的恒星都会是蓝色巨星，像地球这样的行星就不可能存在了。如果它再小一点，所有的恒星都将是红矮星，即使有重元素，也会很少。
还有其他明显的巧合。在恒星的腹部制造碳依赖于碳-12核特定的、共振的、激发态的存在，铍不寻常的稳定性，以及氧-16核的性质。如果没有这些鸭子排成一排，就不会有碳。没有碳就没有生命。还有一个惊人的巧合就是我们能够发现所有这一切。(见中间地带)。
这样的观察结果引出了人择原理[9]，即我们的存在在某种程度上与宇宙有关。(事实上，它不需要是我们的存在，因为任何生命的存在都能达到目的。所以“人择”这个词有点自私，而且这个原则的名字也有点错)。这个原则有不同的变体。所谓的“弱”版本是最直接的:它说，生命的明显微调是一种选择偏差，因为如果不是这样，我们根本就不会在这里检查它。弱的人择原理是多重宇宙存在的早期论证，它巧妙地避免了我们解释为什么这个宇宙会以这种方式结束，并将其与基础物理学中出现的多重宇宙概念联系起来。我们只是存在于适合生命存在的宇宙中。强大的人择原理更进一步，认为一个可行的宇宙在某种程度上是可行的强迫要创造出像我们这样的生命，没有别的办法。
甚至有一种思想认为，生命是我们宇宙的终极目标或表达方式，是对广阔空间中复杂性的神化，这似乎非常适合我们存在于其中。事实上，已故的伟大物理学家约翰·惠勒曾思考过信息是所有物理学的根本。其结果可能是意识本身，也是建立在信息之上的，是实相的关键组成部分，而我们的世界是一个参与性的宇宙，在其中意识影响实相。
在大多数方面，生命与我们宇宙的基本特征以及人因原理的联系，与哥白尼的世界观是截然相反的，这可能是一件令人不安的事情。但这些事实所实现的是扩大了我们认为的“像我们一样”的生活的范围。地球之外的生命很可能也是碳基的，最初是类似的单体组合成复杂的携带信息的化合物，通过类似的选择过程进化，由相同的宇宙巧合促成。换句话说，就是从同一块布料上剪下来的。
事实上，我们发现的任何生命都不会真正独立于我们，这是一个挥之不去的疑问。在我们的太阳系中，小行星在过去45亿年里不断撞击行星，每次碰撞都有可能将藏匿微生物的表面物质发射到各种各样的“传送带”轨道轨道[10]。火星的碎片最终会落到地球上。地球的碎片最终落在火星上，甚至落在遥远的巨行星的卫星上。大自然可能已经在我们的太阳系中创造了一种混合的生命散居。也有可能更远的生命与我们的生命相连，只是通过一座更古老的桥。
所以如果我们在地球外发现了生命，贝叶斯研究人员就有工作要做了。至于我们对自身重要性的认识，我们可以说，通过确认宇宙中生命根深蒂固的本质，我们的意识会得到加强。另一方面，我们倾向于把事情个人化，一个充满生命的宇宙可能看起来要小得多。
独特的和重要的
我们正在努力解决两个截然不同的问题:我们的独特性和我们的重要性。唯一性更容易实现。对于天体生物学家来说，独特性可以定义为地球以及地球上的生命与其他任何地方不同的可能性。另一方面，灵长类动物学家可能将独特性定义为将我们与进化中的表亲区分开来的特征的集合。对于计算机科学家来说，独特性可以定义为我们处理和存储信息的特定方式。在每一种情况下，尽管答案可能并不简单，但我们正在取得进展。
在我自己的领域，天文学家和系外行星学家实际上已经开始通过评估外星系统和世界是否适合生命的程度，来构建我们的独特性的定量测量。10年内，詹姆斯·韦伯太空望远镜可能会告诉我们附近的类地行星是否具有生物圈的化学特征。通过过滤后的星光光谱嗅探它们的大气层。新的、巨大的望远镜正开始从蓝图变为现实，这将有助于实现同样的目标。
意义是比较复杂的，而且，也许天文学可以提供一个独特的视角来看待这个问题。当然，在我们的银河系和整个宇宙中，任何一种生命发生的频率都是相关的。我们正在提炼这个问题的过程中，询问什么样的细节属性对应着多少丰富的生命，而不仅仅是宇宙需要有多么小的差异才能阻止所有的生命。
但这就足够了吗?不管你喜不喜欢，重要性对我们人类来说是一个充满情感的问题，它可以有很多不同的含义。它可以是关于我们的家，我们的星球，我们的宇宙是否重要。它也可以是关于是否我们物质，我们在这个巨大的宇宙大教堂中是否重要。或者换句话说，大自然是否在乎。在这方面，科学似乎帮不上什么忙，至少目前还帮不上忙。有人怀疑，它的答案不太可能让我们感到安慰。然而，科学告诉我们，我们以有趣而深刻的方式属于宇宙——我们应该仔细思考哥白尼学说的重要性日益下降的故事。
科学决定了我们的命运吗?答案是响亮的没有．无论科学告诉我们什么(而且经常是这样因为它告诉我们什么)，我们有能力把事情掌握在自己的手中，去使自己重要。我们的太阳系和更远的恒星系统代表了一个广阔的探索和居住的地域。尽管到我们的姐妹世界旅行有巨大的障碍，更不用说穿越星际空间本身了，但没有什么是明显不可能的。
即使我们满足于把机器人化身送到宇宙中去，我们也有机会改变重要性等式的基本平衡。通过延长人类存在的时间，我们不仅可以找到延长人类寿命的方法，还可以修正我们一直以来所问的关于人类在宇宙中的位置的最基本的问题。我们可以成为我们正在寻找的意义。
Caleb Scharf是纽约哥伦比亚大学的天体物理学家和天体生物学主任。他的科普书籍包括G引力的引擎:吹泡泡的黑洞如何统治宇宙中的星系、恒星和生命，和哥白尼情结:对我们宇宙意义的探索(即将到来的2014年4月)。
参考文献
1.Dumusque, X。,et al。绕半人马座B轨道运行的一颗地球质量的行星。自然491、207(2012)。
2.贝克威斯等。哈勃超深空。天文杂志132年,1729年。http://arxiv.org/abs/astro- ph / 0607632(2006)。
3.D.小恒星周围的小行星的发生率。《天体物理学杂志》上在http://arxiv.org/abs/1302.1647(2013)。
4.B. McCall, B. & Oka, B. H3+ -一个有很多人才的离子。科学287, 1941- 1942(2000)。
5.《解决机会主义中的一个问题的随笔》。伦敦皇家学会哲学汇刊53岁,370 - 418。http://www.stat。ucla.edu/history/(1763)。
6.Spiegel, D. & Turner, E. Bayesian分析了地球上生命早期出现的天体生物学意义。美国国家科学院院刊109年,395 - 400(2011)。
7.《太阳系的形成》。现代天文学评论21、http://arxiv.org/abs/0903.3008(2009)。
8.宇宙学中的大数巧合与人择原理。宇宙学理论与观测数据的对抗研讨会论文集克拉科夫,波兰。杜德雷希特，D.雷德尔出版公司(A75-21826 08-90) 291- 298(1974)。
9.等。可存活微生物在太空中的自然转移。"从火星到地球，再从地球到火星"伊卡洛斯145年,391 - 427(2000)。
10.《静态宇宙的回归与宇宙学的终结》。国际现代物理学报D， 17,685 -690(2008)。
