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生活在爱德华时代的宇宙中

更新时间:2025-01-19 工作计划 版权反馈
【摘要】:令人注意的是,华莱士提出了一个类似于迪克的关于被人类观察到的有极大年龄的任何宇宙的论据。当然,在华莱士时代,在发现核动力源以前很久,没有人知道太阳为何有如此强大动力的。然而,尽管他的兴趣在于宇宙的巨大尺度很有可能造就我们的演化,华莱士反对宇宙中聚居着许多其他生物的观点。对于华莱士来说,它是一幅由开尔文展示的宇宙的新图景。对于现代天文学家来说,它是不断膨胀的宇宙理

命题的有意义比命题的真实更为重要……但当然真实的命题会比虚假的更容易具有意义。

——阿尔弗莱德·诺思·怀特海[17]

通过回顾1903年阿尔弗莱德·华莱士(Afred Wallace)所做的非常相似的典型论证,来结束我们对迪克的处理大自然的常数之间大数符合的方法是很有意思的。华莱士是一位伟大的科学家,他今天得到的荣誉是他应得的一小部分。是他,而不是查尔斯·达尔文,是第一个认识到生物有机体的进化是自然选择的过程这一思想的人。对达尔文来说,幸运的是,他思考得更深入,并且收集了证据来支持这个独立于华莱士的经过很长一段时间才提出的概念,华莱士写信给他并告诉他这些概念而不是简单地发表在科学文献上。然而今天,“进化生物学”几乎完全成为达尔文的贡献。

华莱士的兴趣远比达尔文广泛;而且关注物理学、天文学和地球科学的大多数领域。1903年他发表了一篇范围广泛的论文,研究使地球成为可居住的地方的各种因素,并继续探索从宇宙状态可引出的哲学结论。他的书用响亮的书名《人在宇宙中的地位》出版。[18]这事是在相对论、原子核能量和膨胀宇宙理论发现之前。[19]大多数19世纪的天文学家将宇宙想像成物质的孤岛,这就是我们现在称之为银河系的星系。那时没有公认有其他星系存在或宇宙的整个尺度是多大。只搞清楚宇宙是巨大的。

华莱士对开尔文爵士采用牛顿的引力定律制成的简单的宇宙学模型印象尤深。它表明如果我们考虑一个很大的物质球,则引力作用会使所有物质往球中心坍塌。避免把物质拉进中心的唯一方法就是作围绕中心的轨道运动。开尔文的宇宙包含约10亿个像太阳这样的恒星,以便它们的引力的力量能与按观测到的速度运动的力量相抗衡。[20]

是什么使华莱士对这个宇宙模型的讨论感到着迷,[21]这就是他采用一种非哥白尼式的态度,因为他看到在宇宙中为什么某些地方比其他地方更有助于生命的出现。结果,唯一可预期的是我们处在事物中心的邻近而不是正在中心。

令人注意的是,华莱士提出了一个类似于迪克的关于被人类观察到的有极大年龄的任何宇宙的论据。当然,在华莱士时代,在发现核动力源以前很久,没有人知道太阳为何有如此强大动力的。开尔文对引力能作了论证,但该论证不适合于这个任务。在开尔文的宇宙学里,物质受引力的吸引而进入中心区域在那里是银河所在并已在这里分成许多恒星,在悠悠岁月里不断产生热量并维持它们发光的功率输出。在这里华莱士了解了宇宙体积硕大无比的简单缘由:

于是,我认为,关于我们的太阳以及星团中大约与太阳同等地位的许多其他恒星有极为长期连续发光和发热的能力,我们已经找到一种合适的解释。这些星体最初是由原始宇宙的中心部位中慢慢移动的弥散物质开始逐渐聚合成的相当大的物质群;但在后一时期靠来自外层区域不断而稳定的物质流入,它们具有如此高的速度以至有助于像我们这样的太阳产生和维持它的必要的温度,在长时期中满足连续不断的生命进化的需求。原始宇宙中弥散物质(如开尔文爵士假设的那样)的巨大延伸程度和质量因此被认为对于进化的这个终极产品是最为重要的,因为如果没有它们,运动比较缓慢而又寒冷的中心区域不可能产生和维持以热为形式的必要的能量;而在银河的巨大旋转环中聚集了它的更大部分的物质也是同等重要的,以防止物质太多和太快地流进那些有利[于生命]的区域……尽管[在]那些地方[绕恒星转的行星上]它们的物质演化或快或慢进行,在那里未曾有或不会有足够的时间到达生命的进化。[22]

华莱士清晰地看到宇宙的这些不平常的总体特性和生命演化和繁荣的必要条件之间的联系:

我们能朦胧地看到星际宇宙的所有巨大特征对成功的生命发展的影响。这些就是宇宙的巨大尺度;它具有的形状是银河的巨大的环;而我们的位置靠近而不是正好在其中心。[23]

他还预期这个陨落过程和来自引力能量的太阳动力的产生过程可能呈断断续续的形态,以长时期的陨落驱动恒星加热,接下去是平静和冷却时期,我们正好开始经历这一时期:

我在这里提出一个发展模型,它会导致很缓慢但不断生长的更多的中心太阳;导致在极长时期内近乎稳定的供热的动力;以及最后,同等长久的非常缓慢的冷却时期——我们的太阳可能已正好进入这时期的开端。[24]

华莱士通过将自己的注意力转向地质学和地球来结束他的关于生命演化所需的宇宙条件的讨论,这里他看到比存在于天文学中远为复杂的情况。他珍惜已留下导致我们进化的足迹的大量历史偶然事件,同时考虑那些有益于生命演化的各种特征的总集成在其他地方会发现是极不可能出现的。这引起他推测宇宙庞大的尺度可能是为了像我们自己一样,能让生命在唯一的一颗行星上有一个合理的发展机会,不管局域的环境是如何有利:

如此浩瀚又复杂的宇宙,如同我们知道它存在于我们周围那样,可能是绝对需要的……以便产生一个为生命的有序发展达到人类最高点每个细节都应精确地适应的世界。[25]

今天,我们能够回应这个意见。这个含有1080个原子的、尺寸巨大的可观测的宇宙,允许有非常巨大数量的场所适应化学组合的统计学的变化。

然而,尽管他的兴趣在于宇宙的巨大尺度很有可能造就我们的演化,华莱士反对宇宙中聚居着许多其他生物的观点。他相信物理学和化学定律的一致性[26]会保证:

有机的生物无论它们在宇宙中的何处存在,在重要性质上必定是基本上相同的。生命的外在形态,如果它们在其他地方存在,也是可能变化的,几乎是变化无穷的,如同它们在地球上那样千变万化……我们不能说有机的生命不可能存在于我们知道的或能想像的全然不一样的条件下,这些条件在于我们宇宙完全不同结构的其他宇宙中可能占优势,在那里其他物质代替我们宇宙的物体和以太,而且在那里其他定律胜出。但是在我们知道的宇宙范围之内,毫无理由设想有机的生命是可能的,除了在这里普遍适用的条件和定律外。[27]

华莱士在进化论以前的思想方法和由发现宇宙在不断变化引起的现代观点之间建起了一座引人关注的桥梁。他对宇宙学的研究方法表明考虑生命进化的必要条件如何不与恒星形成和发展的任何具体理论结合在一起,但必须利用适当的各个前后关系。对于华莱士来说,它是一幅由开尔文展示的宇宙的新图景。对于现代天文学家来说,它是不断膨胀的宇宙理论的恰当检验,在这宇宙中恒星能量的产生几乎是众所周知的了。这两种理论都是动力学的:开尔文的模型允许材料从遥远的距离在引力的吸引影响下落进恒星系统的中心,而迪克的大爆炸理论随着时间推移宇宙膨胀不断增大其尺寸。在这两个方案中尺寸和时间是链接的,而且广阔无垠的宇宙在其中会发生种种非同寻常的间接后果,这些后果在时间推进的过程中对出现生命和思想的可能性具有关键性的意义。

注释

[1] 亚当斯(D. Adams),《宇宙末日的餐馆》, Pan公司,伦敦,1980,第84页。

[2] 关于这些戏剧性事件的图片,参看www.seds,org/s19/s19.html。

[3] 图7.1的修正版,载沃德(P. D. Ward)和布朗利(D. Brownlee),《稀土》,Cepernicus, New York, 2000,第165页。

[4] 同上书,第173页。

[5] 卡特(B. Carter), Phil. Trans. Roy. Soc. A310, 347(1983)。(www.xing528.com)

[6] J·D·巴罗和F·J·蒂普勒,《人择宇宙学原理》,牛津大学出版社,1986。

[7] 现在有大量文献谈有关所谓“世界末日的议论”,例如参阅莱斯利(L. Leslie),《世界的末日:人类消亡的科学和道德学》,劳特利奇-基根·保罗出版社,伦敦,1996;尼尔逊(H. B. Nielsen),“谈谈未来的人口”,Acta, phys. Polonica B20,427(1989);戈特(J. R. Gott),“哥白尼原理对我们的未来前景的影响”,《自然》,363,315—319(1993)以及“哥白尼原理怎样与贝叶斯(概率)方法协调一致”,《自然》,368,168(1994)。如选择其他文章可查阅Nick Bostrum的网站http://www.anthropic-principle.com/preprints.html。

[8] 因为这两种差异很大的情况存在如此之多的方式,超过它们相似的情况。

[9] 利维奥(M. Livio),“地球之外的文明为何稀少且在何时它们会出现?”《天体物理学杂志》,511,429(1999)。

[10] 拉斯卡尔和罗布特尔(J. Lasker and P. Robutel),“行星的混沌式的暗晦”,《自然》,361,608—612;也可看巴罗著《灵巧的宇宙》,牛津大学出版社,伦敦,1995,第145—149页。

[11] 奥多诺休(M. O'Donoghue),引自《花花公子》杂志,1983。

[12] 霍伊尔(F. Hoyle),《黑云》,海涅曼出版社,伦敦,1957。

[13] 美国女影星,此处引自《观察家》,2002年1月20日,第26页。

[14] 戈特(J. R. Gott),《在爱因斯坦宇宙中的时间旅行》,霍顿米夫林出版社,纽约,2001。

[15] 同上书,第221页;第一次发表于《华尔街杂志》。复制得到J·R·戈特的许可。

[16] 柯南道尔,“最后的问题”,载《夏洛克·福尔摩斯回忆录》,牛津大学出版社,纽约,1993,“最后的问题”第一次发表于《海滨杂志》,1883年12月于伦敦和纽约。

[17] 怀特海(A. N. Whitehead),《观念的历险》,剑桥大学出版社,剑桥,1933,第4部分,第16章。

[18] 华莱士(A. R. Wallace),《人在宇宙中的地位》,查普曼-霍尔出版社,伦敦,1903。此页参考1912年的第4版。

[19] 令人惊奇的是,几乎未曾有过试图来创造一个牛顿描述的宇宙。值得注意的例外是开尔文爵士(威廉姆·汤姆森)的著名论文“论在宇宙的任何部分引力物质的集聚成团现象”《自然》,64,626(1901)以及《哲学杂志》,3,1(1902)。哈里森(E. R. Harrison),“牛顿和无限的宇宙”,载《今日物理学》,39,24(1986)的文章中重述了这篇论文的全文。

[20] 他论证说如果存在一百亿颗恒星,其速度会变得太大。在引力系统里包含总质量M,其半径为R及平均的运动速率v,这三个量通常以关系式v2≈2GM/R相联系,这里G是牛顿常数。

[21] 华莱士,《人在宇宙中的地位》,查普曼-霍尔出版社,伦敦,第4版,1912,第248页。

[22] 华莱士,同上书,第255和第261页。

[23] 华莱士,同上书,第256页。

[24] 华莱士,《人在宇宙中的地位》,查普曼-霍尔出版社,伦敦,第4版,1912,第256页。

[25] 华莱士,同上书,第256—257页。

[26] 他因此事特别受感动,即靠观测木星的月球之食来确定光的速率这一事实与地面确定的数值比对,作出结论说“这些种种的发现给我们某种信念,整个物质宇宙实质上对于物理学和化学定律的作用两者是同一的,而且在它的力学关系的形式和结构方面也是同一的,”华莱士,同上书,第154页。

[27] 华莱士,同上书,第154—155页。

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