科学的七大支柱:冰难以置信的轻以及其他科学惊奇

太阳是一个自然事物的说法，震惊了阿那克萨戈拉的同胞们，以至于他因异端言论被捕并被永远驱逐出家乡雅典。两千多年后，直到 17世纪，另一位试图将太阳解释为自然现象的思想家伽利略，也被指控为异端。 但就在阿那克萨戈拉之后的几百年，另一位希腊哲学家埃拉托色尼使用完全相同的数据进行了一个略有不同的计算。你或许听过这个版本的故事。埃拉托色尼假设地球是球形的，并猜测太阳离地球如此之远，以至于太阳发出的光线是沿着平行线到达地球的。根据这一假设，在尼罗河三角洲测得的垂线外7度角与从地球中心测得的从三角洲到赛依尼的距离在地球表面所对应的角度相同。这使得计算地球半径成为可能。因为角度一样，答案也是一样的——4000英里。但它现在被解释为地球的半径，而不是太阳和地球的距离。因为埃拉托色尼是“正确的”，他的版本被记入教科书和通俗的故事中，而阿那克萨戈拉就被忽视了。但这件事的意义不在于谁对谁错。好的理论有其基础，并根据可靠的证据做出可被检验的预测。如果理论通过了这些测试，它将继续被使用；如果它没有通过这些测试，就将被拒绝。综合起来，希腊哲学家的两个理论（严格说来是假说，但我不会计较措辞）告诉我们，要么地球是平的，太阳距其约4000英里；要么地球是一个半径约 4000英里的球，太阳处在一个遥远但未知的距离。后来的观察和测量，才使我们有可能决定哪一个更能描述真实的世界。 这个故事还有令人警惕的方面。即使一个激进而富于远见的思想家，在寻求真理的过程中敢于直面当时的权威，也无法摆脱地球是平的这一先入之见。但阿那克萨戈拉却从未考虑过其他选择。科学史上充满了类似令人遗憾的观点，它们虽建构于无可挑剔的逻辑并且完全准确，但却是基于对某些被事实证明完全不真实的东西的未经反思的信念。科学不应是关于信念的，而应关乎对深信不疑的信念的怀疑。但这并不是说，这总能让生活归于平静，正如乔尔丹诺·布鲁诺付出沉痛代价所发现的那样。请注意，布鲁诺似乎是特意和自己的生活过不去，而不仅仅是为了追求科学。 ～～～ 自 1995年以来，人们发现了更多的“太阳系外”的行星系统，其中有许多藏匿着热木星，而且现在已知它们有多个，以各种各样的形态围绕着中心恒星运转。“新”行星的发现不再是新闻，更不用说头条新闻了，除非这是新闻媒体喜欢称之为“类地球”的行星。但要提防这类头条新闻。他们的意思无非是，这颗行星可能是岩石质的，质量是地球的几倍而已；它和地球一般大小，却不是像地球一样。为了澄清两者之间的区别，我们只需看看我们在太阳系中*近的邻居金星，它的轨道比我们更接近太阳。金星的大小和地球几乎完全一样。它是多岩石的，总体上是一个更好的行星，比媒体上鼓吹的任何一颗太阳系外行星都更像地球。金星与地球有相似的大小、质量、密度和表面重力，但是它表面的温度是462 ℃，热到足以熔化铅。这种温度并不是因为金星比我们更靠近太阳，而是由于它厚厚的二氧化碳大气层产生了强烈的温室效应。金星表面的大气压是地球表面气压的92倍，相当于我们海洋表面下一公里处的压强。 这使我们回到布鲁诺和他的启示：有许多行星上居住着许多生命形式，包括人类在内。这样的行星有很多。每一颗类似太阳的恒星，甚至每一颗恒星，都可能有一个行星家族。所以，我们不必太过悲观。我们的家乡星系“银河系”，像宇宙中的一座岛屿，其中有数千亿恒星。即使宇宙之中只有一小部分星系拥有像我们太阳系这样的行星系统，即使其中只有一小部分系统中至少有一颗行星比金星更像地球，在我们考虑更多奇异的可能性之前，像我们这样的生命形式就可能有数百万个潜在的家园。1000亿的1%毕竟是10亿，10亿的 1%是 1000万。行星，甚至像地球这样的行星，在宇宙中是很常见的。也许我们并不孤单，生命的家园或许只是平常事。但是生命本身呢？我们是怎么来的？答案取决于关于宇宙运行方式的七个惊人的发现 ——七大科学支柱支撑了我们的存在，以及宇宙中其他生命的可能存在。 ～～～ 这样的星系中恒星的数量，计算出了这种事件的普遍性。天文学家们通过观察大致指出了引力波来自的方向，并在其被探测到的几个小时内就把望远镜对准了那个方向。他们在距我们大约1.3亿光年远的星系NGC4993中发现了一个短暂的明亮天体。那是一颗千新星。光谱学表明，千新星确实产生了很多重元素，比如铀、黄金和铂金，其中包括200倍于地球质量的黄金和500倍于地球质量的铂金。当这些在此次爆炸中产生的元素数量被乘以计算出的中子星合并的频率时，结果显示，这样的爆炸确实可以产生那些“丢失”了的诸重粒子的一半。除此之外，这还意味着，如果你有一个结婚戒指或其他一些由金或铂金制成的物品，你蛮可以确定这个物体中的许多原子都是在两颗中子星碰撞时产生的。这些原子在巨大的爆炸中被扩散到太空中，产生了形成太阳和地球的尘埃云。 由此我们知道，这些元素是如何在恒星中形成的，知道这些元素在太空中被结合成复杂的有机分子，也知道了这些复杂的分子在地球形成后不久就被轻轻地带到了地球表面，并在那里成为生命的关键成分。但是这些成分是如何协同工作来制造像我们人类这样的存在的呢？答案涉及另一个令人惊讶的科学支柱。 ～～～ 这一切发生在生命从海洋移到陆地之前，也就是说，在雪球中幸存下来的物种一定分布在罕见的温暖地域（可能与火山区有着关联，那里的坑洞中有液态水）——这让人想起达尔文那温暖的小池塘。这些幸存者包括细菌和较大的单细胞生物，如藻类。在这一切发生的前后，*早的多细胞生物（还有像海绵一样的生物）就进化了出来。这正是你对一个与世隔绝、温暖的小池塘所能期待的那种发展。在那里，新的“想法”可以有一个开始，而不会冒着被竞争对手吃掉的风险。但就在解冻之后，事情开始变得非常有趣了。 大约在5.7亿年前，多细胞生命剧烈增殖，以至于这一点被广泛地视作地质时代新纪元——寒武纪——开始的标志。这常常被称为“寒武纪大爆发”。多细胞生物由于其进化优势而扩张，海洋中种类繁多的复杂生物在这个时期也得以进化。地质学家把寒武纪之前的一切都归为前寒武纪——大约35亿年的地球历史，在此时期，生命仅由单细胞生物作为代表。寒武纪爆发以来的数亿年，几乎包含了对多细胞生物来说至关重要的一切。生命从海洋移到陆地上，地球产生了恐龙、橡树、兰花和我们人类等多种多样的生物。这一切都是从*近的雪球地球解冻融化之后开始的。 自所有这一切之中，可以带出两个信息。首先，从人类的角度来看，氢键是科学*重要的支柱。它关涉生命之所以可能的分子（确切而言是生命之水）。第二个信息是，生命会受到诸如雪球地质时期等的巨大影响。如果没有7亿到6亿年前的雪球事件和随后的寒武纪大爆发，我们就不会在这里。而且，在解释像我们这样的生命形式如何在地球这样的星球上出现时，这并不是人们遇到的唯一瓶颈。 ～～～ 这确实是过去 2500万年中*大的一次喷发，可我们确实活了下来，对此你可能会感到如释重负。但在不久的将来不会有另一场喷发了吗？再想想吧。美国黄石公园下面的整个地区现在都被认为是一座等待着喷发的超级火山。它的爆发是早晚的事，我们只能希望它迟点再来。 凡此种种所传达的信息是明确无误的。地球遭受着反复的灾难，有些来自内部，有些来自外部——我甚至没有提到像“普通”冰河时代这样的事件。在我们的星球上，在两次灾难之间的一段时间里，一个技术文明出现了，但只是初现端倪。也有一些证据表明，我们的星球在这方面特别受到眷顾。在合适的时间出现在银河系的合适区位的太阳系，形成了像地球这样的行星。但在我们的太阳系中，行星的异常排列，特别是木星的有利影响，使得灾难之间的间隔时间变得异常地长。所有这一切是否意味着，生命之事在宇宙间纵然稀松平常，但像我们这般智慧的生命毕竟罕见。难道布鲁诺也错了吗？这得交由你自己回答，但我个人的结论是，我们可能是孤独的。