第五章 4個宇宙級問題
當高遠的天還沒有名字的時候，也沒有人給堅硬的土地一個稱謂……當沒有人為茅屋頂鋪上茅草，也沒有沼澤，任何神祇都還沒有誕生，沒有名，也沒有目的——就在這時候，神祇們出現了……
《一開始》(Enuma Elish)
巴比倫的創世神話(公元前2000餘年)[33]
每種文化都有其創世神話——這是一種嚐試，人們想要知道宇宙和宇宙中的一切來自何處。毫無例外，這些神話幾乎都是說故事的人胡謅出來的。但是在我們的時代，我們講述的創世神話是有科學根據的。神話的內容大致如下：我們住在一個不斷膨脹的宇宙中，其廣袤和古老遠超一般人的理解能力。
浩瀚宇宙
宇宙中的星係正急速互相遠離，這些星係都是一次巨大無比的爆炸——“大爆炸”(Big Bang)——的遺跡。有些科學家相信，我們的宇宙隻是很多個或者無數個宇宙中的一個。有些宇宙可能膨脹後再收縮崩塌，在一瞬間從生到死。有些宇宙則會無限膨脹。有些宇宙的物理條件剛好可以使其在膨脹收縮崩塌後，再次開始膨脹收縮崩塌，如此循環往複許多次，甚至無窮次。我們的宇宙從大爆炸中誕生(或這一次的循環開始)至今，約經過了150億年。
在別的宇宙中可能有不同於我們世界的自然界物理法則和物質形態。許多宇宙可能不存在生命，也沒有太陽和行星，甚至沒有比氫或氦更複雜的元素。其他宇宙也許比我們的宇宙更深奧、更多樣、更豐富。如果這些宇宙真的存在，我們也許永遠都無法探索它們的奧妙，更別說要去拜訪它們了。畢竟，現在的我們單是要了解自己的宇宙，就已經忙不過來了。
我們的宇宙中有數千億的星係，銀河星係就是其中之一。我們喜歡稱之為“我們的星係”，雖然我們根本沒有銀河的所有權。銀河係內有許多的氣體和宇宙塵，以及4000億顆左右的恒星。處於銀河係中的一條旋渦臂上的一顆恒星，就是我們的太陽，也是離我們最近的恒星——據我們所知，太陽隻是一顆平淡無奇的普通恒星。太陽繞銀河係中心運行的周期為2.5億年，伴隨著太陽一起旋轉的是一些小世界。這些小世界有的是行星，有的是衛星，還有小行星和彗星。我們就住在從太陽往外數的第3個小小的行星上，我們稱之為地球，而人類隻是此星球上進化成長的5000億個生物物種之一。我們已經送出宇宙飛船勘探過太陽係中的其他70個小世界了。我們曾進入4個小世界的大氣，登上其地表。這4個小世界分別是：月球、金星、火星及木星。我們完成了神話似的壯舉。
大自然深不可測
預言是一項已經失傳的技藝。誠如現代作家查爾斯·麥凱(Charles McKay)所述，我們“極為熱切地渴望穿透遮蓋未來的黑暗”，但我們常常做得不是很好。科學界中最重要的發現往往是最出乎意料的——不是來自我們已知的推論，而是另一種截然不同的發現。這是因為大自然具有比人類更強的創造力，並且更敏銳、更優雅。因此若有人試圖去推測未來數十年中天文學上會有些什麽重大發現，勾勒未來宇宙創世論的大概輪廓，似乎是一件極為愚蠢的事。而且從另外一方麵來看，現今高科技儀器的飛速發展也暗示著未來可能出現令人震驚的新發現。
讓任何一位天文學家選出4個最令人感興趣的問題，答案代表的都是其個人的興趣，我也知道有許多人的選擇與我的大不相同。比如他們會選擇，宇宙中其他90%的組成物是什麽(我們至今未知)；找出最近的黑洞；為什麽除了離我們中等距離的星係，較遠的星係之間的距離似乎是量子化的——即在某一距離以外，我們看到的星係間的直線距離都是某一距離的倍數，而不存在倍數間的數值；伽馬射線暴源的本質，在這種爆炸中似乎整個太陽係都將戲劇性地化為烏有；宇宙的年齡比最古老恒星的年齡更短之謎(最近哈勃望遠鏡的發現也許破解了這一謎題，最近發現宇宙的年齡似乎是150億年)；在實驗室中分析彗星的樣品；尋找星際中的氨基酸；最古老星係的特性等。[34]
4個宇宙級問題
除非全球大幅削減天文及太空探險預算——雖然頗令人沮喪，但並非不可能——否則下麵就是我認為的，4個很可能有驚人發現的問題：
1. 火星上是否曾有過生命
今日的火星表麵是滴水不見的幹燥沙漠。但在整個火星地表，可以明顯看到古老的河穀遺跡，還有以前存在過湖泊甚至大洋的跡象。根據地表上隕石坑的數量，我們可以粗略估計什麽時候火星溫度高於現在(該方法估算出的結果已和用更精確的測量法的結果比對過，更精確的測量法利用的是月球表麵的隕石坑及放射性物質的半衰期方法，詳見第二章)：大約是40億年前。40億年前，正是地球上開始出現生命的時候。在兩個環境很類似的鄰近行星上，是否隻有一個出現了生命，另一個則不然？或者，早期的火星也曾出現過生命，而當它的氣候起了變化後，所有的生命都被毀滅了？或者生命還有沙漠中的甘泉，或者其他可以避難之處？或者有些生物躲藏在地下，一直苟延殘喘至今？因此，火星對我們來說，有兩個基本的謎尚未解開——以前是否有過，或現在是否還有生命；以及一個類似地球的行星為何會淪落成現在這樣永凍的寒冷世界？後麵這個問題也許對我們有啟發意義，因為我們這個物種，不僅對我們的環境認知有限，還在恣意糟蹋我們的環境。1976年，“海盜號”火星探測器登陸火星，它們分析了火星的大氣，發現其中有許多氣體在地球大氣中也有，例如二氧化碳，不過有些地球大氣中有的氣體，火星上並沒有，如臭氧。“海盜號”也檢測了火星大氣中的分子和同位素的豐富程度。許多數據顯示，它們和地球上相應的分子同位素的豐富程度不同。在某種程度上，我們發現了火星大氣獨特的組成。
曾發生過一件奇事——在冰天雪地的南極洲冰地上發現了些隕石。有些隕石在“海盜號”火星探測器登陸火星前就被發現了，有些則在登陸之後才被發現。可是所有這些隕石都在“海盜號”火星探測器登陸之前的數千萬年前，就墜落到地球上了。在那潔白明淨的南極洲冰地上很容易找到隕石。大部分的隕石都被送到在進行阿波羅登月計劃時所設立的“月球樣品接收實驗室”中去分析。
但當時美國國家航空航天局的經費奇缺，連做一個初步分析的經費都沒有，時隔多年才開始對這些隕石進行分析。經研究分析發現，有不少隕石來自月球——巨大的隕石撞擊月球表麵，把月球的石塊打飛到太空，有些石塊輾轉落在南極洲；有一兩塊來自金星；令人驚訝的是，結合火星大氣獨特的組成分析發現，有些隕石來自火星。
1995—1996年，美國國家航空航天局約翰遜航天中心(Johnson Space Flight Center)的科學家們，終於有時間來分析這些來自火星的隕石，其中一塊隕石的編號是ALH84001。它看上去其貌不揚，像褐色的馬鈴薯。當科學家們用精微的化學方法分析時，他們發現了某些有機化合物，主要的一種是多環芳烴化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)。從分子結構上看，這種化合物像是浴室裏的六角形地磚，每一個頂點上都有一個碳原子。普通的隕石上也有PAHs，星際間的塵粒上也有。我們懷疑在木星及土星的衛星泰坦上也有。有這種化合物並不表示就有生物存在，可是，在這顆隕石上，越到內部，其PAHs含量就越高。這種分布方式表明，這些隕石上的PAHs化合物不是來自地球的(或來自汽車的廢氣)，而是來自這顆隕石本身的星球。當然，在未沾染地球物質的隕石上發現PAHs，並不表示其他星球上就存在生物。可是，最令人激動的是，在這顆隕石上發現了所謂的微化石，即一個挨著一個的球狀物，就像地球上常見的細菌群一樣。那麽我們能不能斷定，地球或火星絕對沒有類似形態的礦物質？多年來，我一直堅持宣稱看見“不明飛行物”(UFO)要有明確的證據。同樣，宣稱火星上有生物的證據也不夠明確。[35]
這也隻是開端而已。這顆特別的火星隕石暗示我們尚有其他未研究的部分。它指引我們去研究來自火星的其他隕石。它建議我們去南極洲冰地上尋找其他全然不同的隕石。它提示我們，不但要去火星上發掘深埋在地底的岩石，還要去找那些淺層的岩石。它催促我們重新思索“海盜號”所得到的如謎般的，像是生物遺跡的實驗結果，有些科學家們認為，那些實驗的的確確證明了火星上有生物。它建議我們發射宇宙飛船，去火星上最後幹涸的水池或湖泊探索。它開啟了火星外星生物學(Martian exobiology)這個領域的大門。
如果我們足夠幸運，能發現一個簡單的火星小細菌，我們就能得到這樣一個美好的圖景：在兩個鄰近的行星上，曾在同一時期都有生命。當然，生命有可能以隕石墜落的方式從一個世界傳送到另一個世界上，並不一定是在每個世界上獨立產生的。我們還可以進一步檢視這些生命的生物化學及其形態學上的特性。也許生命隻在一個世界上出現，被隕石帶往另一個星球上後，就各自發展。如此，我們就可以看到數十億年來各自發展的進化史。這是生物學上的大金礦。
如果我們真的幸運得不得了，我們真的找到了各自獨立發展的生命實體，那麽這些生命實體是否依賴核酸(nucleic acid)攜帶它們的基因密碼(genetic code)？它們是不是依賴蛋白質實現酶催化(enzymatic catalysis)？它們用何種基因密碼？不論這些問題的答案是什麽，整個生物科學界都是大贏家。不管結論如何，這項發現表明宇宙中生物的分布，可能比多數科學家們想象的更廣泛。
在下一個10年中，許多國家將提出野心勃勃的火星探險計劃，包括繞火星軌道的機器人、著陸器、探測車，及掘地的宇宙飛船，好為解決這些問題打下基礎。很可能，在2005年，會有一個機器人降落在火星上，把地表下岩石的樣品從火星送回地球。[36]
2. 泰坦是不是生命起源的天然實驗室
泰坦是土星的衛星，是一個極為不尋常的世界，其大氣密度比地球高出10倍，組成成分大都是氮氣(和地球一樣)及甲烷(CH4)。“旅行者”1號和“旅行者”2號這兩艘宇宙飛船都曾在泰坦的大氣中測到簡單的有機分子化合物——含碳元素的化合物被認為與地球的生命源起有關。這顆衛星外層圍繞著一層不透明的淡紅色霾層，它的性質很像地球上實驗室裏製造出的有機物。當我們分析這些人造的有機物時，我們發現其中許多是地球上生物的基本組成物。你可以把泰坦看作類似地球但還未進行生命演化的星球。因為泰坦距離太陽很遠，照理表麵上的水會結冰。可是，其表麵的冰塊可能偶爾被彗星撞擊釋放出的熱融化成水。在45億年的曆史中，撞擊處的冰塊可能以液態水的形態存在數千年之久。平均來說，泰坦的任何冰塊地區似乎都曾被融化為液態水。2004年，美國國家航空航天局發射的宇宙飛船“卡西尼號”(Cassini)會到達土星，之後將放出歐洲空間局製造的子探測器“惠更斯號”(Huygens)，它將通過降落傘慢慢降落在泰坦的神秘表麵上。屆時我們就會知道在泰坦表麵，是否也有過一段生命的曆史。
3. 是否存在地外高等智慧生物(外星人)
無線電波以光速穿行。沒有比光速更快的速度了。某些頻率的無線電波可以暢行無阻地穿過星際空間及行星的大氣。如果地麵上的射電望遠鏡或雷達反射碟(二者都是一樣的，因用途而得名)指向另一個星球上的射電望遠鏡，而後者也指向地球，那麽即使這兩座望遠鏡相隔數千光年之遠，也可以互相通信。因此，目前已有射電望遠鏡在探測是否有他人(外星人)正向我們傳播信息。到目前為止，我們尚未發現任何明確信號，可是，有些十分有趣的“信號”——即這些信號的特性符合我們推測的外星人可能發出的信號特性。但當我們把射電望遠鏡再度朝向收到信號的方向，再次聽取時，經過數分鍾、數月、數年後，始終收不到第二個信號。我們才剛剛開啟搜尋計劃，而一次徹底的搜尋要花上一二十年的時間。一旦我們發現了外星人，我們對宇宙及我們自己的看法將會產生永久的革命性改變。如果我們經過長期係統的搜尋之後，仍一無所獲，我們可能會調整某些認知，進一步認識到地球上的生命是多麽稀有可貴。不論找到與否，這都是一種很有意義的搜尋。
4. 宇宙的起源和未來是怎樣的
現代天文學對宇宙已經有了一個基本的認識：它的起源、特性及整個宇宙的命運。我們的宇宙正在膨脹，所有的星係之間正在互相快速遠離。我們稱這種運動方式為哈勃流(Hubble flow)，這是證明在宇宙創生之際(或者在現在這個循環之中)曾發生過一次極大爆炸的三大主要證據之一。地球的引力可以把一塊丟到空中的石塊拉回地麵，卻拉不住一個速度高到可以離開地球表麵的火箭。宇宙也是一樣的。如果宇宙中有許多的物質，多到這些物質產生的引力可以把這些互相遠離的星係都拉回來，宇宙的膨脹就會停止。膨脹的宇宙最後會停止膨脹，開始收縮，最後崩塌。膨脹的宇宙會變成崩潰中的宇宙。如果產生引力的物質不夠，宇宙會永遠膨脹，永不回頭。雖然目前我們宇宙中的物質還不足以產生阻止宇宙膨脹的引力，但是根據許多其他證據，我們認為還有許多不發光的物質，我們隻是無法用光學或其他已知的觀測方法探測到它們的存在。如果宇宙的膨脹隻是暫時的現象，總有一日宇宙會停止膨脹開始收縮。這就讓人想知道，宇宙是否可以創生、膨脹、收縮、崩塌、再生(再次爆炸)、再次膨脹、再次收縮……如此無限循環，宇宙年齡將是無限大，那它就不需要創生，它永遠在那裏。如果我們發現，宇宙中的物質不足以拉住膨脹的星係，那麽宇宙就是從一無所有中創造出來的。這是人類有文化以來，每個文化中的人，都在設法解決的問題。可是隻有在我們的時代，其中一些問題才真正有希望被解決，不是基於臆測或編故事——而是經由累積的實際觀察得出的。
我想，我們可以做一種合理的展望，在下個10年或20年中，在上述4個方麵會有令人驚訝的新發現。我要再次聲明，我提出的這4個宇宙級問題，也可以替換為其他的現代天文學問題。可是我對我自己最有信心的預測是，以我們現有的智慧還無法洞見最令人驚訝的真相。