1977年,“旅行者金唱片”随两艘旅行者探测器被发射到太空,唱片内收录了用以表述地球上各种文化及生命的声音及图像,以期宇宙中其他外星高智慧生物发现,金唱片中物理信息的收集者是卡尔·爱德华·萨根,他是美国天文学家、天体物理学家、宇宙学家、科幻小说及科普作家,行星学会的成立者,也是《宇宙》这本书的作者。
星星是什么?地球在宇宙的什么位置?宇宙起源和终点是什么?宇宙有边界吗?外星文明存在吗?人类可以进行时间旅行吗?地球上的生命是如何起源和演化的?带着种种疑问,我在这本书里寻找答案。
萨根是一名纯粹的唯物主义者,无神论者。他用科学的思维带我们进行了一次史诗级的星际旅行,萨根说:“我们最寻常、最琐碎的事务,都可以追溯到宇宙及其起源——这正是本书致力于呈现的视角”。
萨根首先告诉我们宇宙到底有多浩瀚。“宇宙绝大多数地区是空的。真正典型的是广袤,寒冷的真空,那里陌生和荒凉,处于永夜之中。与之相比,行星、恒星和星系显得稀缺而美丽。如果位置合适,我们能在星系间的深空里看到无数微弱、纤细的须卷状光芒。那些光就是星系。其中一些独行流浪;大多数则群集于一处,在宇宙无垠的黑暗中漂流。现在展现在我们眼前的,就是宇宙最宏伟的尺度。我们已经来到了星云的王国,它距离地球80亿光年,位于已知宇宙的中央。星系由气体,尘埃和恒星组成——数以千亿计的恒星。宇宙里星系的数量多达几千亿个,每一个都包含了几千亿恒星。如果星系中的行星数量和恒星差不多,那么总共就有整整百万亿之多。银河系里大概有四千亿颗各种各样的恒星,所有这些星体里,地球人比较了解的,迄今为止只有一颗”。
人类是从什么时候开始认识到地球是宇宙的一部分呢?萨根带我们来到公元前三世纪,埃及有一座伟大的城市——亚历山大,人类首次在这里认识到“地球只是寰宇中的小小一隅”。埃拉托色尼首先推断出“地表是弯曲的”,并推算出了地球的周长,他是第一个精确测量出行星大小的人。萨根认为“亚历山大图书馆是历史上第一个真正的学术研究机构。无数学者在这里研究宇宙(Cosmos),这是个希腊语词汇,意思是‘万物的秩序’。在某种意义上,它是混沌的对立面,暗示着世间一切都存在深层的联系,也表达了对宇宙复杂精妙的敬畏之情”。
“星空很有趣,它布满了图案。群星代表了一种秩序,一种可预测性,一种永恒”。萨根认为“天文学是一门科学,研究宇宙的本质。占星术则是伪科学,它宣称行星影响了我们的日常生活,却拿不出相应的证据”。萨根对比了托勒密的地心说和哥白尼的日心说模型,重点介绍了开普勒和牛顿:“开普勒的第三行星定律把各个行星的运动联系到了一起,展示出太阳系如同钟表一般的结构。整个宇宙都在遵守开普勒定律。继开普勒之后,行星探索在牛顿手里达到顶峰,牛顿万有引力完美地阐释了什么叫做宇宙。牛顿说:我以此论证世界的结构”。
“星星是什么?星星是巨大的太阳,它们散落在浩瀚的星际空间里,和我们隔着需要光年计算的距离”。萨根对爱奥尼亚(古希腊殖民地)人的科学精神赞叹不已:“在2500年以前,爱奥尼亚地区爆发了一次辉煌的觉醒。那里突然出现了许多相信宇宙万物都由原子构成的人。第一个爱奥尼亚科学家是米利都的泰勒斯。他相信世界并不是众神创造的,而是物质力量在自然中相互作用的结果。德谟克利特发明了“原子论”。阿那克萨哥拉是史上第一个指出月光其实是阳光反射的人。阿里斯塔克是提出日心说的第一人。爱奥尼亚人的传统和那些后来人有很大的不同甚至矛盾,反而更接近现在科学。自诞生以来,我们一直在寻找自身在宇宙中的定位。这古老的尝试延续至今,终于化作对宇宙的最新认知:人类生活在一颗无足轻重的行星上,围绕着一颗单调乏味的恒星旋转。这个恒星系处在银河系外沿两条旋臂末端之间,甚至银河系也只是一个稀疏星团系里不起眼的一员,这个星系团被遗忘在宇宙的一角,而宇宙中的星系比人类个体的数量还要多得多”。
人类可以进行时间旅行吗?“古代天文学家总是想从星辰的排列组合中解读出深意,但星座不过是一组组随机散落的恒星。但如果我们换个角度看星座,星图就会发生巨大变化。星座不只随空间,也会随着时间的变化而变化。反推恒星的运动,会发现一百万年以前那七颗星更像一只长矛。空间和时间彼此交织。不回溯时间,就看不见空间。爱因斯坦的沉思改变了世界。他认为,在星斗东奔西跑的宇宙里,没有一个地方是‘静止’的,在解释宇宙时间里,也不存在某套体系更优越。这就是相对论的含义。爱因斯坦发现的光速不可超越性,和人们的常识相抵触。但因为接近光速会导致时间流逝减慢,狭义相对论依然留给我们一个飞抵群星的方法。目前人类的‘猎户座号’和‘代达罗斯号’飞船也许能达到光速的十分之一。让飞船接近光速,理论上是可以实现的,我们甚至可以在56年里环绕已知宇宙,只是这样一来返程已是几百亿年以后。太空旅行和时间旅行彼此关联。太空中的高速旅行,意味着闯入未来。但过去呢?我们能否回到过去?许多物理学家相信那是不可能的”。
恒星演化与生命起源有关系吗?萨根讲述了恒星的一生以及与地球生命的关联:“原子从哪里来?除了氢,他们都产自于恒星,恒星由星际气体和尘埃云凝成。氢是那些云团的主要组成部分,起源于大爆炸。恒星与行星诞生于星际气体和尘埃云团的引力坍塌。夜晚闪闪发光的群星,其实都是核聚变。恒星内部的核聚变无法永远维持。恒星的结局很大程度上取决于初始质量的大小。生命的起源和恒星演化密不可分,那些让生命成为可能的原子,诞生于很久很久以前,很远很远的恒星。太阳系形成以前,附近曾有过新星爆发。太阳发出光芒以后,他的紫外线倾泻在地球的大气层里;这份温度带来了闪电;那些能量激发了复杂的有机分子,并最终导致生命起源。地球的生命几乎完全依赖阳光。物种的演化基础是被称为突变的遗传变化。这一过程有宇宙射线的参与——超新星爆发时接近光速喷出的高能粒子是突变的重要诱因。数千光年外恒星毁灭所产生的宇宙射线,会在银河系中呈螺旋状盘旋百万年后落一些到地球上,改变我们的遗传密码”。
关于黑洞和虫洞,萨根从爱因斯坦“引力是空间结构的扭曲”的观点出发,带我们去理解三维宇宙如何被扭曲成四个物理维度。“太阳这样的恒星最后会演化成红巨星和白矮星。那些坍塌后质量依然两倍于太阳的恒星会化作超新星,然后是中子星。但更加巨大的恒星,比如坍塌后质量超过太阳五倍的那种,会在超新星阶段后迎接另一种奇异的命运——重力会把它变成一个黑洞。如果你掉进了黑洞,会发生什么现象?从外部看,你坠落的时间会长的无穷无尽。假如你有某种办法在引力潮汐和辐射通量中幸存下来,并且(只是假设)黑洞在旋转,那么你可能会从时空的另一头冒出来。就是说,你去了另一个时间,另一个空间,这种情况类似于苹果上虫子啃出来的洞,所以得名虫洞。科学家们认真讨论过虫洞,然而目前我们还找不到证据表明它存在与否”。
宇宙是人类最大的谜团,宇宙为什么会大爆炸,是人类已知的最大谜题。萨根向我们介绍了两种主流现代宇宙论,“第一种里,宇宙一二百亿年前诞生,然后开始永无止境地膨胀,星系间彼此不断远离,直到完全从视野中消失。很久很久以后,群星逐渐冷却熄灭。随着物质本身不断衰变,宇宙的最终命运是变成由基本粒子组成的薄雾,再无他物。另一种假说里,宇宙不断震荡,无始无终。我们被困在它死亡与重生的无限循环中,没有任何信息能够翻越周期间的藩篱。此外,还有一种大胆猜想是:宇宙有无限的嵌套结构。我们熟悉的星系,恒星,行星和人类,也不过是上一个宇宙的基本粒子,是另一个无限递归中的一环。要进入那些宇宙,我们必须穿透第四个物理维度,宇宙黑洞给了我们一条可能的道路”。
火星上有生命吗?萨根解释说:“1894年,一个叫作帕西瓦尔.罗威尔的波士顿人出资建立了一座天文台,人们就是在那里建立起史上最详尽的‘火星生命说’。若干年以后,人类发出了‘海盗号’和‘火星3号’进行火星实地探测,并向地球发送了火星的照片。当时人类寻找火星生命的思路是:地球历史最后这10%的时间里,大型动植物才登台亮相,而此前30亿年里地球上到处都是微生物。要寻找火星上的生命,我们也必须从微生物入手。可惜经过大量探索和试验,目前没有明确证据表明火星上存在微生物”。把外星环境改造得适宜人类居住,有个术语叫地球化”。萨根认为:“也许有一天,火星会完成地球化。人类会建立永久居住点。到那一天,火星人,就是我们”。
对于地球的命运,萨根提出他的隐忧:“地球是颗可爱的蓝星,也是我们唯一的家。金星太热,火星太冷,只有地球堪称天堂。然而地球有时也会遭受地狱般的灾难,有些是宇宙中的外力导致的,有些是人类自身的原因导致的。例如:1908年发生了著名的通古斯大爆炸事件——一颗彗星撞击了地球,可能是由一个直径100米的冰体彗星碎片引起的,它有足球场大小,重达100万吨,以每秒30米,即每小时10800千米的速度坠落。彗星撞上行星只是时间问题。如果它们的体积更大,或者质地为岩石,那就会撞出半球形的碗状陷坑,我们称之为‘陨坑’。陨坑是数十亿年前毁灭与浩劫的明证。无论是金星、地球还是太阳系的其他地方,都有证据表明毁天灭地的巨大灾难逐渐被更缓慢、更温和的过程替代。我们必须小心谨慎,以免温室效应失控:即便全球平均气温只升高一两度,也可能带来毁灭性的后果。金星的地表环境是一个警告:我们的家园也可能遭受同样的灾难”。对于核战争,萨根说:“核武器和武器搭载系统的发展,迟早会导致全球灾难”。
最后,萨根倡议人类为地球代言:“我们是产生了自我意识的局部宇宙。我们为地球代言,我们要生存下去。因为这责任不仅属于我们,也属于那古老而浩瀚的宇宙,属于我们的起源之地”。