天文太空

地球生命 宇宙唯一?

除了地球,宇宙中是否還有其他生物存在?首先,我們必須了解地球是獨一無二的嗎?

撰文/沙爾夫(Caleb Scharf)
翻譯/甘錫安

天文太空

地球生命 宇宙唯一?

除了地球,宇宙中是否還有其他生物存在?首先,我們必須了解地球是獨一無二的嗎?

撰文/沙爾夫(Caleb Scharf)
翻譯/甘錫安

重點提要
■地球繞著太陽運行,而太陽是銀河系數千億顆恆星之一,銀河系則是宇宙可觀測範圍內數千億個星系之一。由此看來,地球顯然一點也不特殊。哥白尼的理論同樣指出,地球不是宇宙的中心,只是太陽系中的平凡成員。
■在此同時,我們也有理由相信地球和地球生物十分特殊,甚至可說獨一無二。有些證據來自地球的行星環境以及觀測結果,地球的某些基礎自然常數顯然特別適合生命生存。
■科學家必須整合這些互相衝突的概念,以便更加理解人類在宇宙中的地位,以及宇宙中是否還有其他生物。

我們生活在一顆小小的行星上,這顆行星繞著一顆中年恆星運行,這顆恆星是巨大銀河系旋臂中2000多億顆恆星成員之一,銀河系則是目前宇宙可觀測範圍內數千億個類似星系之一,而目前可觀測範圍的半徑大約為430000000000000000000000(4.3×1023)公里。

從渺小人類的標準來看,宇宙中的恆星數目十分龐大,範圍也遼闊得難以想像。在宇宙的漫長歷史中,人類誕生至今只不過是一眨眼的時間,而更久遠的未來中,還不確定是否有人類存在。試圖尋找人類在宇宙中的地位並探索我們與宇宙的關聯,似乎是個天大的笑話。再者,想像我們能發現人類自身的重要性,顯然是更傻的想法。

我們在宇宙中並非獨一無二,500年前,文藝復興時期的學者哥白尼(Nicolaus Copernicus)提出地球繞著太陽運行,因此並非太陽系的中心之後,這點變得更加確定,但我們仍然想這麼做。哥白尼的假說是最近數百年來最重要的科學理論之一,在人類認識宇宙基本結構和世界本質的歷程中,也是重要的里程碑。

當我們要評定人類的獨特性時,面臨了一個難題:某些發現和理論認為生物十分尋常,卻有另一些理論認為完全相反。我們該如何整合從細菌到大霹靂等各種宇宙知識,說明人類是否與眾不同?此外,我們越來越了解自己在宇宙中的地位時,致力於尋找宇宙中是否有其他生命又有什麼意義?我們接下來可以採取什麼行動?

在生物尺度的光譜上尋找人類的位置

17世紀初,英國商人兼科學家雷文霍克(Antony van Leeuwenhoek)使用自製的顯微鏡,成為第一個看見細菌的人,這趟顯微鏡之旅帶領他進入微觀世界。在這個令人驚奇的下探過程中,物質尺度不斷縮小,直到進入生氣蓬勃的人體小宇宙中,我們在生物尺度光譜的另一端,尋找人體組成和分子結構的線索。在雷文霍克看見細菌的驚奇時刻之前,人類只能以十分粗淺的方式思考這件事。

地球上有些生物的體型比人類更大、更重,鯨和大樹就是很好的例子,但在整個生物尺度光譜中,人類仍然比較靠近碩大體型這一端,而非微小體型那一端。地球上具有繁殖能力的細菌中,最小的細菌直徑只有0.2微米,最小的病毒更小了10倍。人類的體型大約是目前所知最簡單生物的1000萬到1億倍。

在陸地哺乳動物中,人類的體型不是最大的,但也算是比較大的。在生物尺度的另一端,最小的陸地哺乳動物是非洲小香鼠,這種毛茸茸的小不點,體重只有2公克,牠們生存在生命可行性的邊緣,因為身體會不斷流失熱能,必須不斷進食才可以勉強補足。但是大多數哺乳動物的體型不像人類,反而比較接近非洲小香鼠,全世界所有哺乳動物的平均體重只有40公克。人類的身體構造複雜,又具備智能,與少數體型更大的哺乳動物並列最高等的一端。


不可否認的是,人類同時具備了兩種極限:在小體型生物中是最複雜的、在大體型生物中是最小的。我們的行星系統也是如此,太陽系在許多方面相當獨特。太陽與大多數恆星不同(一般的恆星比較小),太陽系的行星運行軌道比較圓,軌道間的距離也比大多數行星系統更大。此外,太陽系成員中也沒有所謂的「超級地球」,宇宙中至少有60%的行星系統有這類質量高達地球數倍的行星,但太陽系中沒有。如果你是行星系統設計師,可能會覺得太陽系有點離經叛道,跟一般行星系統不大一樣。


與大多數的行星系統相較,太陽系逃過了大規模動態重組,因此具有這些特質,但這並不表示未來一定會如此寧靜和平。最先進的重力模擬顯示,數億年後,太陽系將進入比較混亂的時期,接著再過50億年後,太陽接近老年時會逐漸膨脹,大幅改變所有行星的特性。種種跡象顯示,人類同樣生活在特殊時間的交界或界線上,介於恆星和行星的青年期和老年期之間。回想起來,我們生存在這段比較安定的時期,其實並不令人意外。以地球其他層面來看,我們居住的地方相當宜人,不太熱也不太冷,腐蝕性化學物質沒有很多,惰性也不算太高,不會非常不穩定,但也不會永遠一成不變。


現在我們也已經知道,這個在天文物理上十分安定的系統,其範圍遠超出銀河系。就整個宇宙而言,我們生存的時期比快速變化的年輕灼熱宇宙古老得多,每個地方的恆星誕生速率都在減慢。其他恆星和行星的平均形成速率大約只有110億~80億年前的3%,宇宙各處的恆星正開始緩慢地消失。


從宇宙整體看來,直到60億~50億年前,宇宙膨脹速度才開始由減速變為加速。我們同樣生存在變動比較緩和的時期,源自真空的暗能量使空間加速向外擴張,有助於抑制規模更大的宇宙結構發展。不過這也表示,在遙遠的未來,宇宙將越來越難理解,生物也將越來越孤立無援。


綜合這些因素看來,我們對人類內在與外在的宇宙顯然所知相當有限,目前只能說是以管窺天。的確,如果處於另一個有序或無序、空間和時間的環境下,我們對隨機事件的基本直覺以及統計推論的科學發展或許也會不同。我們和宇宙中其他生物遠遠隔離(至今尚未發現也未曾偶遇),這也會深深影響我們的結論。