當波蘭博學家尼古拉斯·哥白尼在 1543 年提出太陽而不是地球是我們太陽系的中心時，他所做的不僅僅是復興“日心說”模型，這個模型是由希臘天文學家薩摩斯的阿里斯塔克斯在大約 18 個世紀前設計（並基本被遺忘）的。 哥白尼——或者更確切地說，以他的名字命名的“哥白尼原理”——告訴我們，我們人類沒有什麼特別之處。 或者，至少，我們居住的星球對於我們之外的任何事物都不是中心；相反，它只是圍繞恆星旋轉的另一個普通世界。
自從哥白尼提出這個觀點以來，在過去的幾個世紀裡，我們明顯的平庸性才有所提升。 19 世紀中葉，查爾斯·達爾文意識到，人類與其說是“造物主的皇冠”，不如說是自然選擇進化而來的自然產物。 20 世紀初，天文學家哈洛·沙普利加深了我們哥白尼式的宇宙降級，表明不僅地球，而且整個太陽系都缺乏中心地位，它位於銀河系沉睡的郊區，而不是相對繁華的銀河系中心。 幾年後，天文學家埃德溫·哈勃表明，銀河系以外還存在其他星系，目前的估計表明，可觀測宇宙中的星系總數高達一萬億個或更多。
自 1995 年以來，我們發現，即使在我們銀河系中，大約每五顆類太陽或更小的恆星中，就有一顆擁有一個地球大小的世界，它在“金髮姑娘區”（既不太熱也不太冷）中執行，液態水可能在岩石行星表面持續存在。 這表明，僅在銀河系中，原則上就至少有數億顆行星可能適合居住。 大約在同一時間跨度內，對宇宙大爆炸餘暉——宇宙微波背景——的觀測表明，即使是構成行星和人類的普通原子物質，也僅佔宇宙質量和能量預算的 5% 不到。 隨著我們知識的每一次進步，我們的整個存在似乎都從任何可能的頂峰退去，似乎淪為宇宙邊緣漂浮的殘骸。
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信不信由你，哥白尼原理甚至並沒有就此結束。 近年來，越來越多的物理學家和宇宙學家開始懷疑——通常違揹他們最熱切的希望——我們的整個宇宙可能只是一個龐大得令人難以置信的宇宙集合中的一個成員：一個多元宇宙。
然而，有趣的是，如果多元宇宙真的存在，這也表明哥白尼式的宇宙謙卑只能到此為止。 許多假設多元宇宙存在的同一批研究人員進一步推測，隨機機會而不是任何基本定律為決定我們現實特徵的三十幾個物理常數設定了值。 也就是說，諸如驅動宇宙加速膨脹的“暗能量”的密度，或者“強”核力和“弱”核力（它們將原子核結合在一起並負責一些放射性衰變）的大小，在多元宇宙的不同成員中可能會呈現截然不同的值。 此外，甚至我們稱之為“自然法則”的也可能只不過是管轄我們多元宇宙特定區域的地方性規章。 而且，類似於一個簡單的數學問題有無限多個錯誤答案而不是正確答案，如果多元宇宙存在，那麼宇宙集合中的大多數成員應該是死氣沉沉或沒有生命的。 它們中普遍存在的定律和常數可能完全排除複雜性和生命的出現。 顯然，那麼，我們將發現自己不是在一個“典型的”毫無生機的宇宙中，而是在一個多元宇宙的“特殊”成員中——一個屬於允許生命出現和進化的宇宙子類。 憑藉這種驚人的可能性，哥白尼原理似乎已經達到了它的極限。
波蘭博學家尼古拉斯·哥白尼的版畫。 圖片來源：North Wind Picture Archives/Alamy Stock Photo
有趣的是，我們當前對太陽系外生命的 астрономический 搜尋可能會告訴我們，哥白尼原理是否在比推測性和崇高的多元宇宙層面更早的階段就失效了。 從我們目前的知識中推斷，瞭解各種恆星是如何誕生、生存和死亡的——以及它們中的一部分是如何在其宜居帶中孕育潛在宜居的地球大小行星的——我們可以估計生命在宇宙中出現的相對可能性隨時間變化。 毫不奇怪，由於低質量恆星是最多的，而且壽命最長（例如，質量是太陽十分之一的恆星可以發光數萬億年），人們發現宇宙中的生命更有可能存在於非常遙遠的未來，存在於圍繞低質量恆星執行的行星上，而不是像地球這樣的行星上，地球圍繞著像我們太陽這樣的恆星執行。 換句話說，地球上的生命似乎非常早熟，而且相當“特殊”——這表明可能違反了哥白尼原理。 除非，還有其他因素阻止生命在圍繞非常低質量恆星的行星上出現，或者生命出現的機率隨著時間的推移而足夠快地降低。 可能抑制生物化學前期的因素有很多。 它們包括既定的事實——例如紅矮星傾向於發出強烈的耀斑和其他恆星爆發，這可能會剝奪行星的大氣層——以及有充分理由的推測，例如撞擊年輕行星的小行星需要處於金髮姑娘般的狀態，既不能太多以至於破壞生物發生，也不能太稀疏以至於使生物化學前期缺乏被認為對生命起源必要的分子前體。 當前和不久的將來對系外行星大氣層中生物特徵的天文搜尋，這些搜尋正集中在目前最適合研究的低質量紅矮星周圍的世界，可以為我們提供有價值的線索，以瞭解生命是否可以在這種不熟悉的環境中存在，從而瞭解我們是否已經達到了哥白尼原理適用性的極限。 在這方面值得注意的是，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡最近對 TRAPPIST-1b 行星（它圍繞著一顆質量約為太陽 1/11 的紅矮星執行）的最新觀測表明，這顆行星沒有大氣層。
哥白尼原理的含義對於任何喜歡將人類視為存在的中心或最重要要素的世界觀的人來說，可能聽起來令人沮喪，但請注意，擴充套件哥白尼原理的每一步都代表著人類的重大發現。 也就是說，我們自身物理意義的每一次降低都是我們知識巨大擴充套件的結果。 哥白尼原理教會我們謙卑，是的，但它也提醒我們要保持我們的好奇心和對探索的熱情，使其充滿活力。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。
本文的標題為“宇宙謙卑”，經過改編後收錄在 2023 年 10 月號的《大眾科學》雜誌中。