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宇宙平庸的快乐

作为一个特殊的星球,它是孤独的。

在天文学漫长的历史中,最伟大的辩论之一就是例外论与平庸论的较量,这也是最伟大的辩论之一

O在天文学漫长的历史中,最伟大的辩论之一就是例外论与平庸论的较量——而现代最令人满意的事情之一,就是目睹平庸论的胜利出现。这场辩论不仅仅是抽象概念之间高尚的冲突,它塑造了我们人类评估自己在宇宙中的位置的方式。在很多重要的方面,它定义了我们如何衡量自身存在的价值。

在科学方面,异常与足球评论或餐厅评论等日常用语的意思非常不同。与众不同就是独一无二,独来独往。平庸就是成为众多人中的一员,成为社会的一部分。如果地球是例外,那么我们可能是非常孤独的。在宇宙中可能没有其他像我们一样的智慧生物。也许没有其他适合人类居住的星球了。也许除了我们的太阳系外,根本没有其他行星。

平庸# 3:在哥白尼的日心说体系中,地球只是围绕太阳运行的行星中的第三个。但作为家庭的一员也有安慰。 巫女łaj Kopernik

如果地球是平庸的,逻辑则是相反的。我们可能生活在一个充满行星的星系中,其中许多行星可能适合居住,有些行星实际上孕育着生命。在一般情况下,我们这些两足小人类可能不是唯一有感知的生物,我们在窥视着太空深处,想知道是否有其他人也在窥视。

今天,最广泛的例外论已经被彻底推翻,天文学家已经发现了4150颗确定的系外行星,这个数字几乎每天都在增加。外星世界的花名册上有各种各样的形态,其中许多在我们的太阳系中是没有对应的。这只是银河系中我们所在角落的恒星的有限样本。

我们还没有必要的技术来找到一个与地球轨道相似的太阳,所以我们仍然对这样的世界有多普遍或多罕见知之甚少。外星生命的问题仍然悬而未决。我们所知道的是银河系是大量其他行星的家园。从这个意义上说,至少我们并不是特例,地球也不是唯一的。


T宇宙平庸的概念是如此古老,甚至比现代天文台还要早。它早于17世纪望远镜的发明。它甚至比现代意义上被公认为“科学”的东西还要早,它的起源至少可以追溯到公元前5世纪在雅典写作和教学的希腊哲学家克拉索梅尼(Clazomenae)

阿纳萨哥拉斯提出宇宙是由他称之为无所不在的智慧所统治的常识它是一套宇宙定律,是艾萨克·牛顿万有引力理论的哲学祖先。在…的作用下常识,自然界的元素被设置成圆周运动,分成不同的组成部分。太阳,一个燃烧的金属球,在这个过程中被抛向天空。恒星和行星也是如此。尽管阿纳萨哥拉斯的作品残存下来的内容是支离破碎的,而且大多是二手的,但他似乎把恒星想象成像太阳一样炽热的团块,只是远得多。在一篇特别有趣的文章中,他进一步暗示了其他类似地球的土地的存在,并展开了“对他们来说,有太阳、月亮和其他天体,就像对我们一样。”

外星生命的问题仍然悬而未决。我们所知道的是银河系是大量其他行星的家园。

这些观点在萨摩斯的阿里斯塔克斯的哲学中以更现代的形式重新出现。公元前3世纪,阿里斯塔克斯提出了第一个已知的太阳系日心说模型,将地球从长期以来假定的中心位置驱逐出去,彻底改变了宇宙的秩序。在阿里斯塔克斯的描述中,这种打破传统的模式已经不复存在了。幸运的是,他同时代的阿基米德提供了一个简洁的总结:

他的假设是:恒星和太阳是静止不动的,地球绕着太阳公转,太阳位于轨道的中央,恒星的球体与太阳位于同一个中心,是如此之大,以至于他所设想的地球所旋转的圆所占的恒星距离的比例,就像球体的中心所占到其表面的比例一样。

最后这个想法,虽然措辞有些模糊,却意味深长。阿里斯塔克斯的意思是,恒星离我们如此之远,以至于我们看不到它们的视差:即使地球绕着太阳大圆运转,它们似乎也静止不动。其影响是双重的。首先,他设想了一个比地心说所暗示的宇宙大得多的宇宙。其次,他重申并扩展了阿纳萨哥拉斯的推论,即恒星可能是其他的太阳,这一次他明确地阐明了恒星在我们的天空中作为固定的冷点出现所必需的大距离。

众多世界的萌芽可能在希腊原子主义者的哲学中充分开花,最著名的是伊壁鸠鲁。他们不仅设想了其他恒星,还设想了其他整个恒星kosmoi(宇宙系统)超越了我们所知道的那个,每个系统都遵循着它所包含的原子的不可阻挡的规则。伊壁鸠鲁与阿里斯塔克斯在同一时期写道,“有无数个世界,有些像这个世界,有些不像它。”因为原子的数量是无限的……在它们的运动过程中被承载得越来越远。”他的原子是数学和伦理建构的产物,与当今物理学中物理上描述的量子单位完全不同,然而伊壁鸠鲁对无限宇宙的研究方式听起来具有惊人的先见之明。

许多世界:最近的研究表明,在我们的星系中可能有一万亿颗行星,在可观测的宇宙中,还有一万亿其他星系。 NASA, ESA, ESO / M. Kornmesser

可悲的是,伊壁鸠鲁式的平庸光辉的顶峰之后,是漫长的退步,回到了狭隘的、以地球为中心的宇宙论。亚里士多德反驳道:“世界不能多于一个”,他的权威赢得了胜利。公元150年左右,克劳迪亚斯·托勒密甚至进一步缩小了kosmoi他将亚里士多德的物理学与最先进的恒星和行星观测相结合,形成了一个统一的以地球为中心的模型。托勒密的体系由一组嵌套的天体组成,摒弃了关于无限空间和其他太阳的奇异推测。根据托勒密的推算,包含恒星的最外层水晶球半径约为地球半径的2万倍,以现代标准计算,他的整个宇宙只有16万英里宽。

托勒密体系缺乏宏伟,但它在实用性上弥补了这一点。它结合数学上吸引人的圆周运动,精确地预测了行星和恒星的运动。托勒密的天文学著作,后来被中世纪的伊斯兰学者翻译为天文学大成(字面意思是“最伟大的”),在位超过一千年。在中世纪,托马斯·阿奎那(Thomas Aquinas)等著名神学家将托勒密体系与罗马天主教世界观相结合,从而巩固了他的权威。宇宙的最外层等同于天堂;使球体运动的亚里士多德式的“原动力”与基督教的上帝是一样的。

从科学的角度看,例外论显得贫乏,但从神学的角度看,例外论却显得珍贵:只有一个地球,一个天堂,一个上帝。但是人类想象力的火焰并不是那么容易熄灭的。一些中世纪的伊斯兰天文学家继续推测其他世界的存在。天主教学者也在挑战这一界限。大约1450年——比佐丹奴·布鲁诺的神秘推测早了整整一个世纪——德国哲学家、天文学家库纳的尼古拉写了关于无限空间的概念,这与托勒密的概念相矛盾。尼古拉斯把他的想法建立在天主教的框架内,探索无限,作为上帝无限荣耀的自然结果,但他的哲学也保持了物理上无限宇宙的可能性。

后来尼古拉·哥白尼的出现,平庸开始全面卷土重来。


F从表面上看,哥白尼是一个不可能使太阳系偏离轨道,并使天文学走上通往众多行星的现代道路的人物。瓦姆米亚是一个半自治的天主教小国,位于现在的波兰境内,他在那里担任教士,处理各种地方政治和经济纠纷。他是一个谦虚、受人喜爱的人物,并不特别以他有争议的观点而闻名。在专业上,他最显著的成就可能是在经济学和货币理论方面。然而,他头脑中有一种大胆的、修正主义的天文思想,这使他与众不同。

在1514年之前的某个时候,当哥白尼还在30多岁的时候,他写了一篇关于他的太阳系新模型的摘要。受阿里斯塔克斯论点的影响,以及他自己对托勒密体系在数学上的丑陋的强烈感觉,哥白尼让太阳回到中心,并让地球围绕太阳运转。他在他的朋友中间传阅了他的简短的文件,叫做《评注》,意图把它的论点扩展成一部日心说宇宙学的完整著作。的代表作,天穹的革命《天球的革命直到1543年他弥留之际才出版。当一本完成的抄本被塞到哥白尼无力的手中时,他已经失去了知觉,并于当天去世。

美国和苏联的第一批太空探测器几乎一致地使太阳系似乎对生命充满了令人震惊的敌意。

这本书的出版延迟并不像很多人所说的那样,仅仅是因为哥白尼对天主教会的恐惧。他更害怕教会的知识伙伴,亚里士多德学派的哲学家,他担心(不无道理的)这些人可能会对这个生活在远离欧洲知识中心的暴发家很残忍。他还需要进行详细的数学分析,收集天文观测数据,以支持他只在业余时间发展的理论。只有回想起来,这些担忧才显得荒谬。事实证明,重新审视根深蒂固的古典希腊思想的时机已经成熟。在它出版后的几十年里,天体运行论在欧洲被广泛阅读和讨论颇具影响力的丹麦天文学家第谷·布拉赫(第谷·布拉赫)甚至将哥白尼形容为“第二个托勒密”。

哥白尼的两个门徒在建立哥白尼的平庸思想中起到了至关重要的作用。哥白尼的平庸思想认为,地球并不是处于特权地位,而是整个宇宙的丰富性的代表。1575年,16世纪英国著名天文学家托马斯·迪格斯出版了《天文学》的第一本英译本天体运行论.他补充了一些评论,澄清哥白尼体系是太阳系的一个物理现实模型(而不仅仅是一个计算技巧),他还公开提出了以太阳为中心的宇宙在范围上可能是无限的想法。为了阐明这最后一点,迪格斯绘制了一幅图,这是历史上第一次,展示了恒星是如何在太阳系外无尽的空间中分散的。

几年后,德国天文学家迈克尔·迈斯特林(Michael Maestlin)采用了哥白尼的日心说,认为它优于托勒密的日心说,并从他在Tübingen大学(University of Tübingen)担任教师的杰出地位,广泛传播了日心说。在他的学生中,最著名的是一个名叫约翰内斯·开普勒的聪明的年轻人,他从1609年开始就发现了行星绕太阳运行的轨道是椭圆的。这一发现彻底并最终粉碎了托勒密的幽闭水晶球。宇宙现在向所有的可能性和无尽的世界敞开了大门。


F从历史的角度来看,哥白尼的平庸观念在那里以惊人的速度传播开来。到了17世纪中叶,日心说在西方世界被广泛接受。到了18世纪,许多顶尖的知识分子不仅接受了“其他世界”的概念,甚至还接受了“其他世界”的概念有人居住的世界。《大鼻子情圣》的月球的国家和帝国的滑稽历史该书于1657年出版,向读者介绍了想象中的月球居民。乔纳森·斯威夫特的格列佛游记(1726)和伏尔泰Micromegas(1752),其中心人物来自一颗围绕天狼星运行的行星,漫不经心地假设了一个有多种人类居住的世界,作为其社会讽刺的背景。当时流行的是平庸。

在科学方面,威廉·赫歇尔(可能是18世纪末和19世纪初最著名的天文学家)坚定地支持其他行星上有生命这一观点。就在他发现天王星的时候,赫歇尔分享了他认为在月球上有智慧生命的望远镜证据。他后来提出,所有的世界都可能有人居住;尽管听起来不太可能,但他甚至提出,在太阳表面明亮的云层之下,存在着生命。

红色和死:1965年,“水手4号”探测器飞过火星,发现火星上布满了陨石坑,而且没有生命。 nasa喷气推进实验室

尽管其他许多研究人员没有这么热情,但每一代都在地球之外找到了生命的冠军。美国天文学家珀西瓦尔·洛厄尔(Percival Lowell)在将这种观点推广到20世纪的过程中尤其有效,他的著作广受欢迎(虽然越来越古怪),讲述了火星上一个濒临灭绝的先进文明。雷·布拉德伯里(Ray Bradbury)、阿瑟·c·克拉克(Arthur C. Clarke)、艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)和罗伯特·a·海因莱因(Robert A. Heinlein)等科幻作家对遥远星球上的外星人的引人注目的想象,进一步普及了许多世界的平庸。

随着真正的太空时代的到来,这种乐观主义遭受了重大挫折。美国和苏联的第一批太空探测器的数据几乎一致地表明,太阳系似乎对生命充满了令人震惊的敌意。美国宇航局的水手2号在1962年飞过金星,发现这颗行星根本不是潮湿的丛林;相反,它是一个地球大小的消毒烤箱,有着破碎的大气,表面温度在华氏800度左右徘徊。两年后,水手4号飞过火星,向沮丧的行星科学家发回了贫瘠、坑坑洼洼的图像。1976年,美国国家航空航天局(NASA)向火星发射了一对海盗号(Viking)着陆器,对火星表面的生命进行了一次“幸运玛丽”(Hail-Mary)搜索。10亿美元的努力,相当于今天的50亿美元,没有产生任何确凿的生命迹象。

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北斗七星的快速旋转

从我们在地球上的角度来看,星座似乎是固定的恒星群,在天空中静止不动。但如果我们能改变这一观点呢?事实上,这几乎是不可能的。我们得走十英里……阅读更多

在维京海盗行动之后的十年里,天体生物学家卡尔·萨根(Carl Sagan)积极地提出了一种可能性,即在其他恒星周围可能存在着许多未被发现的宜居世界,但寻找此类“太阳系外行星”的尝试一次又一次地失败。几十年来,地球似乎是一个真正的局外人。直到1995年,随着首次明确地探测到一颗围绕另一颗类太阳恒星运行的行星,平庸的进程才得以恢复。这是一个奇怪的天体——比木星大,比水星热,显然不适合生命存在——但这一发现为大预算的开普勒太空望远镜及其后继卫星获得批准提供了科学信心,包括新的凌日系外行星勘测卫星(TESS)。

这些任务表明,可能有超过一万亿颗行星散布在我们的银河系,其中包括数十亿颗大小和温度与地球相似的行星。麻省理工学院(MIT)的萨拉·西格尔(Sara Seager)是TESS任务的副主任,她公开设定了自己的终身目标,即找到500颗与地球相似的行星。“如果我们幸运的话,也许其中100个会显示出生物特征,”她说,指的是可能表明生命存在的数据读数。

有了这么大的样本,科学家们就可以比较支持生命的不同类型的世界,不同的新陈代谢方式,以及不同的进化阶段。他们可以导航到一个全新的平庸境界,在人类居住的世界中探索地球的位置。但即使是其他有生命的世界将在人类和宇宙其他部分之间建立一种前所未有的联系。

没有办法知道什么时候会有这样的发现。根本没有办法确定它会发生。但今天,宇宙平庸的前景比以往任何时候都更加广阔,在我们面前展现得更加诱人。


科里·s·鲍威尔(Corey S. Powell)是一名驻地球的科学作家和编辑,也是《地球科学》的联合主持人科学的规则!播客。他经常出现在推特上:@coreyspowell

适应摘录《失落的行星:彼得·范德坎普和消失的巴纳德恒星周围的系外行星》约翰·温兹著,科里·s·鲍威尔作序。版权所有©2019麻省理工学院。

主要图片:美国宇航局的复古风格海报庆祝了最近在附近的红矮星TRAPPIST-1周围发现的七颗地球大小的行星。来源:美国宇航局喷气推进实验室/加州理工学院

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