爱德华时期的宇宙

为什么我们在这里？因为我们不在别的地方。

——《老当益壮》（New Tricks）［17］

阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士（Alfred Russel Wallace，1823—1913）是19世纪伟大的科学家，虽然他在今天并没有得到与他实际成就相称的赞誉。他独立地提出了生物体通过自然选择而演化的理论，而与此同时，查尔斯·达尔文（Charles Darwin）也在思考同一问题，并在很长的一段时间里到处搜寻证据。对达尔文来说幸运的是，华莱士没有率先发表他的发现，而是写信把他的想法告诉了达尔文，最终两人同时发表了关于自然选择的演化理论。华莱士感兴趣的领域包括物理学、天文学和地球科学，作为达尔文的同事，他长久以来一直支持着达尔文的工作，并从遥远的地方给达尔文寄样本。1903年，他出版了一本书，题为《人类在宇宙中的位置》（Man’s Place in the Universe），这本书介绍了他一项范围很广的研究，研究列出了使地球适宜人类居住的一系列因素，也提出了一系列可以由宇宙的状态得出的哲学结论。［18］

华莱士从开尔文勋爵（Lord Kelvin）提出的一个简洁的宇宙模型［19］中受到了很大的启发。开尔文勋爵是当时的英国首屈一指的物理学家，也是英国皇家学会的会长（1890—1895），他利用牛顿的引力定律预测出了宇宙中巨大尘埃云的最终命运。开尔文的兴趣十分广泛，而且非常早慧：他10岁的时候开始在格拉斯哥大学上课，15岁时已经开始写关于地球结构的重要研究论文了。他促进了我们对能量守恒和热力学定律的理解，引入了绝对温度（即开尔文温度）。同时，他对设备仪器也非常感兴趣——他在1858年设计并主持制造了首个穿过大西洋的海底电缆工程，甚至还设计了标准的水龙头，监制了中央供暖系统和空调系统的热泵，同时，他在电力铁路的设计中也做了很多贡献。

在思考关于宇宙的问题时，开尔文勋爵的思路也同样犀利。他证明了引力会让一大团宇宙物质急剧向内坍缩，而唯一阻止它们撞到一起的方法就是让它们绕着一个中心做圆周运动——这是康德早已提出的观点。开尔文的模型认为宇宙中约有10亿颗和太阳同样大小的恒星，恒星间的引力导致的相对运动可以通过恒星与周边恒星的相对运动观察到。［20］

华莱士画出了开尔文的宇宙模型，见图2.5。［21］有趣的是，他采用了一种表面上看起来比较“非哥白尼”的态度，他认为宇宙中的某些地方比其他地方更有益于生命的出现，我们所在的位置就离这些地方比较近，而不是离宇宙的中心比较近。

在开尔文的宇宙模型里，物质会逐渐掉落到银河系所在的中心区域，并与其他早已在此的恒星相结合，这个过程会产生热量，并使中心区域在很长一段时间里保持能量输出。其中，华莱士对宇宙为何如此之大的解释值得我们大段摘引：

图2.5　阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士1903年绘制的开尔文宇宙模型，显示太阳系并不在宇宙中心。

为什么我们的太阳以及星系团中其他的恒星能长时间地发光发热？这个问题我已经找到了一个合理的解释。在宇宙形成的初期，缓慢运动着的弥散物质逐渐聚集成为质量相当可观的团块。之后，来自外部区域的物质颗粒开始源源不断地向此团块内高速涌入，产生并维持了如我们的太阳这类恒星所需的温度，这个过程持续的时间很久，久到足以满足生命发展的需求。对生命的发展及其最终结果而言，宇宙初期海量的弥散物质（正如开尔文勋爵所假设的）至关重要，因为没有了它们，宇宙的中心区域就会变冷，物质运动缓慢，从而无法以分子热运动的形式产生足够的能量。不过，旋转的星系环中大部分物质的聚集也同等重要，这样才能防止物质过多、过快地流向中心的“优势”区域……如果恒星的演化过程过快或过慢，生命就没有机会产生了。［22］

华莱士看到了宇宙不同寻常的球形特征与生命产生、演化并繁荣的条件之间存在的联系：

我们可以依稀看到，由恒星组成的宇宙之所以能成功产生生命，其背后有几个因素：首先，宇宙要足够大；其次，宇宙要能够形成强大的银河系环；此外，我们需要在一个靠近银河系环的中心却不完全是中心的位置。［23］

他同时认识到，物质落入恒星中心与引力势能转变为恒星能量的过程，很可能是断断续续的：物质先不断地落入恒星，使恒星产生热量，累积到一定程度后产生净能量输出，然后再慢慢冷却——我们的太阳如今就处在冷却过程中。

在关于宇宙生命诞生条件的讨论末尾，华莱士把目光转向了地质学与地球历史。在他看来，这一问题远比天文学中的生命诞生更复杂。他非常庆幸地球在一系列随机历史事件的作用下产生了生命，并最终演化出了人类，他认为其他星球要想拥有这一系列适宜生命演化的特征是“几乎不可能的”。这让他想道：

我们身边这样一个庞大而复杂的宇宙，或许是必须要存在的……为了产生一个所有细节都精确符合要求的行星，以便在合适的时候使这个行星产生终极的智慧生命——人类。［24］

华莱士在心理上不愿意想象宇宙中还存在其他生命，但他认为，物理化学定律［25］的均匀性会保证：

不管有组织的生命出现在宇宙的何处，它们在本质上都应该是相同的。如果在地球之外还存在其他生命，它们的外形可能与地球生命有着天壤之别，就如同地球上的生命也是五花八门一样……我不是说有机生命完全不可能在我们所看到或所能设想到的其他条件下存在——或许还存在其他的宇宙，其环境与我们所处的环境完全不同，甚至其中的构成物质、空间介质和物理定律也不一样，但就我们所在的这个宇宙范围之内，其他的有机生命没有任何理由存在，除非他们的生存条件和物理规律与我们的完全一样。［26］

华莱士的宇宙学理论表明，生命演化所必需的条件与恒星演化的特定理论没有必然关系，但在宇宙学研究中仍应谨慎处理。