新知：宇宙之谜

　　宇宙与生命之间有不可分割的联系，又有种难以形容的巧合。生命的存在究竟是碰巧还是“命中注定”？

　　我们常说的“宇宙”，实际上是数万亿个宇宙（为了将我们常说的宇宙与之区分，暂且称之为小宇宙）的集合体，即多元宇宙。每一个小宇宙都有自己与众不同的法则和特点。它们中的大部分都不适合生命居住。地球，在这么多的小宇宙和数不清的行星中，居然能孕

育出大自然和人类，不能不说它是幸运的一颗。与异想天开的奇想打交道是科学家的工作之一，尤其是天文学家。研究宇宙为生的这些专家往往都会遭到来自各方的信件、电话和电子邮件的不间断地“轰炸”。这里面可能包括那些自以为天才的人，他们大言不惭说有证据推翻了爱因斯坦的相对论，或者说设计出一套新的万有引力理论，又或者证明了“大爆炸”理论（宇宙始源于爆炸扩张理论）的谬误之处。这些千奇百怪的想法的主人有一个共通之处：他们的“发现”看上去都是些足以与牛顿、爱因斯坦的理论相媲美的宏伟建构；他们的理论纯属夸夸其谈，根本站不住脚；他们把自己想象成救世主，对自己的理论有强烈的热情。让科学家们敬而远之。但这并不表示我们要回退到无知的年代，相反我们应该以开放的态度去对待目前为止科学尚未能够解释的“谜”。

　　六个数与人择原理宇宙包含了许多不同天体，但他们有一些基本的共性：自然界中总共4种相互作用力———万有引力、电磁力、强核力（又作强相互作用）和弱核力（又作弱相互作用）；存在大量不同种类的粒子。虽然在这些共性里又包含着个性，例如天体的万有引力各不相同。但如果一个天体缺乏其中一项共性，生命就不可能存在。以地球为例，试想如果弱核力比实际情况稍微强些或弱些，天体就不会发生大爆炸。没有爆炸就不会产生碳和氧等元素。同样，如果强核力哪怕比实际稍微强或弱一点点，天体也不会产生碳和氧。而碳和氧是合成水和有机分子的必要因素，水和有机分子又是生命存在的必不可少的条件。因此，结论是，一切都仿佛“设定”好，为孕育生命做好了准备。1999年，英国天文学家马丁·瑞斯爵士发表《六个数：塑造宇宙的深层力》一书，他认为六个数字组成了一个制造宇宙的“秘方”，而且这些数字的大小十分敏感地影响制造出的宇宙。那以后，其他科学家又在那基础上加入其他的“数”。但科学家认为，对人类为何能如此幸运地存在于宇宙中，应该还有其他的解释。于是就有了人择原理（也作人本原理）的存在。所谓人择原理就是指宇宙是为孕育生命而存在的。这一观点引起广泛回响。有科学家认为冥冥中有一股力量指引着那些“数”，而当我们发现这种力量的真面目时，人择原理就会不攻自破。也有人认为答案很简单：如果实际情况稍有一点偏差的话，我们今天就不会站在这里讨论这个问题；但我们是真实地存在着，也没有存在任何偏差，讨论这个问题就没有任何意义。这不就结了吗？这种答案听起来有些可笑，但又有它的哲理。不过它明显不能满足那些喜欢打破沙锅问到底的科学家。宗教团体也有自己的观点。他们认为人择原理正是上帝为人类创造了宇宙的证据。一个信奉地外文明设计宇宙的组织也表示，他们相信大自然的复杂构造说明了它出自比人类更高明的生物之手。过去几年，在美国俄亥俄州、堪萨斯州、乔治亚州、蒙大纳州和宾夕法尼亚州的教育系统发生了激战，关于是否应该给予地外文明与达尔文进化论相等的重视，上课时是否应该给予相同的时间来讲授这两种相互矛盾的理论。许多天体物理学家认为人择原理实际上是对宇宙的更深刻的理解。但马丁·瑞斯爵士却表示说：“如果宇宙中只有地球这一个行星，你可能会觉得地球与太阳的距离恰到好处，地球的环境又刚好适合人类居住，可以说是奇迹。但事实上，银河中有数百万颗大小行星，至少有一颗行星适合生命居住是再平常不过的了，这数百万分之一的可能性根本没有必要觉得惊讶。”

　　韦勒“黑洞”理论上世纪60年代，美国科学家韦勒提出“黑洞”理论，不仅为天文学家提出了研究过去无法解释的天体的途径，而且使了解整个宇宙的过去、现在和将来成为可能。“黑洞”成了天文学研究的热点。韦勒根据爱因斯坦的理论证明：太空中有一些质量很大的天体，由于内部存在强大的引力，天长日久就自行坍缩成一种新的、体积很小但密度极大的天体，任何物质，包括光线，只要在它的旁边，就会被吸引进去而消失。因为它不向外面释放任何物质和质量，人们无法用探测仪器看到它，所以韦勒给它起了一个形象的名字：黑洞。韦勒提出的黑洞理论，在物理学史上刻下了永久的标记。他后来又写了一部专讲黑洞的书《引力理论与引力坍缩》，详细分析了黑洞的形成及特点，被认为是宇宙论研究中里程碑式的著作。

　　超弦理论·11维空间·多元宇宙20世纪的物理学有两次大的革命：一次是狭义相对论和广义相对论，它几乎是爱因斯坦一人完成的；另一次是量子理论的建立。经过人们的努力，量子理论与狭义相对论成功地结合成量子场论，这是迄今为止最为成功的理论。广义相对论也有长足的发展，在小至太阳系，大至整个宇宙范围里，实验观测与理论很好地符合。但在极端条件下，出现了时空奇异（Singularity），显示了理论自身的不完善。就我们现在的认识水平，量子场论和广义相对论是相互不融洽的，因此量子场论和广义相对论应该在一个更大的理论框架里统一起来。现在这一更大的理论框架已初显端倪，它就是超弦理论，也就是狭义的弦理论。超弦理论到底是什么？理论物理专家用下列概念来定义、评论超弦理论：———超弦理论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论；———超弦理论认为弦是物质组成的最基本单元，所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动激发态；———超弦理论第一次将20世纪的两大基础理论———广义相对论和量子力学结合到一个数学上自洽的框架里；———超弦理论有可能解决长期困扰物理学家的难题如黑洞的本质和宇宙的起源；如果超弦理论为实验所证实，将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识。超弦理论的一个基本观点就是认为自然界的基本单元不是像电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子，这些看起来像基本粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦)，闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子。因此超弦理论从一些非常基本和简单的单元就能得到宇宙的无穷变化和复杂性。超弦理论还认为，弦存在于11维（也有科学家认为是10维）空间。但除了我们平常说的三维可以观察到以外，其他的维度都极其微小，是人类“看不到也摸不着的”。由此引申开来，我们常说的“宇宙”，实际上是数万亿个宇宙（为了将我们常说的宇宙与之区分，暂且称之为小宇宙）的集合体，即多元宇宙。每一个小宇宙都有自己与众不同的法则和特点。它们中的大部分都不适合生命居住。地球，在这么多的小宇宙和数不清的行星中，居然能孕育出大自然和人类，不能不说它是幸运的一颗。去年，斯坦福大学学者沙密特·卡契鲁和他的同事们一起进行了一个实验。他们根据超弦理论，把一个特定空间的小宇宙数量数了出来。最终结果是惊人的：“1”后面居然跟着100个“0”，大约是我们所在的小宇宙的原子总数的100万亿倍。

　　回到地外文明之谜上来没有人愿意接受这个结果。宾夕法尼亚州大学学者马克斯·泰格马克说：“人们不愿意接受多元宇宙这个概念，他们觉得这太不可思议了。这一点上他们是对的。宇宙就是这么不可思议。问题是作为科学家，我们是否有足够证据去说服他们接受这样不可思议的宇宙。”就连爱因斯坦这样伟大的科学家都曾经对上帝是否参与了宇宙的创造百思不得其解，我们不得不说，在这个不可思议的宇宙中，没有什么是不可能的。科学家在天文学的突破上一直是很小心翼翼的，因为历史上许多勇敢的天文学先行者都有过惨痛的经历。布鲁诺就是一个典型的例子。布鲁诺批判托勒密的地心说，而坚持并发展了哥白尼的太阳中心说。他认为宇宙是无限的，在太阳以外，还有无数个类似的恒星系统。太阳不过是一个恒星系统的中心，而不是整个宇宙的中心。布鲁诺把人类对天体的认识提高到一个新水平。但最后，他被罗马教廷烧死在鲜花广场上。然而这并不只是罗马教廷的错误，最根本的原因在于人们总觉得人类是宇宙中最特别的生命存在，因此人们理所当然地认为人类所在的地球就应该是宇宙的中心。在科学不发达的年代，许多自然现象都曾被解释为上帝的喜怒哀乐，如闪电、四季交替、日夜转换，直到科学给予人类一个满意的答案，人们才摈弃了那些荒谬的想法。有时科学家也会遇到瓶颈，但只有很少科学家愿意继续追寻真相。就和人类一开始以为四季交替是上帝的作用一样，我们也许是因为所知有限，才会以为人类是特别的，也许人类和那些可能存在的地外文明一样，只是平凡的生命。

　　：第二个太阳系科学家为了探索宇宙中是否存在和地球一样有生命的星球，经过10多年的观测，终于发现在银河系船尾座东南有一个和太阳系相似的天体。这一天体中的恒星被命名为HD44594星，其温度、年龄、重力和色层活动均和太阳相同，只是重元素量稍微多一些。这一发现，是天文学和宇宙学中的一大进展，它对揭开当前科学上六大悬案之一的“外星人”之谜，有一定的价值。在无边无际的宇宙中，存在着数以千亿计的星系。在银河系之外的星系，被称为河外星系，每个星系都由数万以至千万颗恒星组成。在银河系中，就有100个左右的球状星团（由几万到几千万颗恒星密集在一起组成的球状集合体）。这些星团距离地球约为2万~20万光年。太阳系只是银河星系中的一个成员。在银河系中，究竟有多少颗类似太阳的恒星，这是天文学和宇宙学中的一个正在研究的问题。目前发现的第二个太阳系，其中有没有、有多少与地球一样条件的行星，这也是一个悬而未决的问题。地球之所以有生命，就是因为它与太阳相距在1.4624亿到1.5136亿千米之间十分适宜的位置上。有人推算：日、地距离如缩短5％，地球生命就会热死，若延长5％，又会被冻死。像地球这样得天独厚的条件，在HD44594星系中有几个？其他星系中有没有？都是未知数。然而科学家预料：宇宙中存在着和地球相同条件的星球，随着科学的发展迟早会被发现。本版编译　王月（子琦／编制）