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第一章 宇宙中的生命（第1页）

第一章　宇宙中的生命

虽然达尔文提出了生物从简单到复杂的生物演变，但关于生命最初是如何开始的，他却没有给出答案，他说“人类可能也需要思考一下物质的起源”。

追踪一下，人体内的每一个原子都至少有几十亿岁历史，氢诞生于137亿年前的宇宙大爆炸，碳和氧等更重的原子是从70亿到120亿年前在恒星体内产生的。

成年人的细胞大约有50万亿个，寄生的微生物大约有500万亿个，大于人体细胞10倍。每个细胞内大约含有300到400个线粒子，而线粒子体的前身是细菌，在漫长的生物演化过程中，线粒子体前身细菌逐渐与细胞融合，各自分工，成为动物及人体的能量工厂。你不是你，你的意识更像是一个微生物集团的代言。

生物体内，一般来说，有机分子大约含有6千到6百万原子。人体细胞核内有23对染色体，人体内的染色体1含有大约100亿个原子，是自然界中最大的有机分子。一个成年人大约有7×1027个原子组成。生物体及细胞象一台量子计算机，每时每刻都在做着大量精确而复杂的计算。从量子角度，人体更是一个量子集合，人的意识本质就是量子集合的智慧代表。而本书正是试图从量子的角度，探索生命起源的物质基础及生命本质。

本质来讲，组成人体的有机分子都是由原子组合，所有的物质与生命都是由量子组合。原子指化学反应的基本微粒，原子在化学反应中不可分割。原子直径的数量级大约是10-10m，原子质量极小，且99。9%集中在原子核。原子核外分布着电子，电子决定了一个元素的化学性质，并且对原子的磁性有着很大的影响。

原子是个空心球体，原子中大部分的质量都集中在原子核上，电子几乎不占质量，通常忽略不计。如果把原子核放大到葡萄（20mm）大小，那么原子直径就有200米左右，而大部分空间充斥着运动的电磁场。

在这样的空间中，电子大小好比这个运动场中一粒沙子，质子好比一个米粒。生命体就是由这样的量子及其电磁场组成的。

根据最新数据表明，宇宙里的恒星总数量约为3×1024个。而平均恒星每个质量约为1030千克，每千克约包括1027个质子，因此我们的宇宙中大约包含3×1080个质子。而电子数大约与质子数相同，光子数量大约为1089数量级别，中微子与光子数量相当，一个鸡蛋大小的地方，大约含有100以上个中微子。当然我们物质在总体宇宙中占据不到4%，剩余的为暗物质与暗能量。

而根据现代物理学的观点，除了我们宇宙之外，还有无数的平行宇宙，霍金在《大设计》里说根基弦理论计算有10500个数量级别的物理规律可能，这意味着10500个可能的不同宇宙，各有自己的定律。

从量子角度来看，生物中的动植物与物质似乎没有差别，因为都是量子的产物，但是生命，又体现了其独特性。宇宙创造了生命，生命高级进化的人类也开始了窥视宇宙本身。

人类的终极探索，无非是弄清楚三个问题：一个是宇宙如何起源的，一个是生命如何诞生的，一个是生命与宇宙的关系。这是作者在另一本物理书《宇宙的第三种猜想》中的话，作者认为物理书基本解决了万物如何诞生的问题，而这本书要探索的便是生命如何诞生的问题。

第一节生命是偶然还是必然？

本来生物学家似乎对生命起源问题应该有更多的兴趣，但是很多物理学家也投入其中，如果他们试图弄明白宇宙的奥秘，那么就需要回答关于生命哲学与试验上的意义问题。

爱因斯坦几十年前在《宗教与科学》一文里试图揭示物理世界与生命及信仰之间的未来理想关系。爱因斯坦把宗教分为三个阶段：恐惧宗教、道德宗教和宇宙宗教。爱因斯坦认为，所有人在经历宗教的第三个阶段就是宇宙宗教感情，人们要求把宇宙作为单一有意义的整体来体现。宇宙宗教感情的开端早已出现在早期的历史发展阶段中，比如在大卫的许多《诗篇》中，以及在某些犹太教的先知那里。佛教所包含的这种成分还要强烈得多。爱因斯坦的宇宙学宗教试图超越人格化之上帝，把精神世界与物质世界用现代科学结合起来。

霍金在他的新书《大设计》里说“宇宙创造过程中，上帝没有位置。没有必要借助上帝来为宇宙按下启动键”、“由于存在万有引力等定律，因此宇宙能够，而且将是从无到有自己创造了自己。自然发生说是有物而非无物存在的原因，是宇宙和人类存在的原因。没必要借助上帝引燃蓝色导火线，让宇宙诞生。”因此霍金遭受西方宗教界的严厉批判。

物理学界还盛行“弱人存原理”，霍金及一些物理学家认为，人类之所以存在，是因为我们宇宙恰恰处于一百多亿年的年龄中。很多问题非常巧合，如果地球的体积再轻或者再重20%，恐怕地球的轨道偏心率将接近1，地球到达近日点时候就会使海洋沸腾，到达远日点时候就会使海洋冰冻，都不利于生命演化与人类生存。如果质子再重0。2%，或者夸克质量高再10%，那么任何物质都不会形成稳定的原子核。而碳的形成依赖于核子内的强作用力与电磁作用力，如果作用力强度改变不到1%，碳与氧就无法形成，生命就没有存在的条件。

霍金认为，能够支持智慧观察者的复杂结构的宇宙体系是非常脆弱的，自然定律形成了一个极端微调系统。如果不是物理定律一系列的细节达到令人吃惊的巧合，那么人类与类似生命似乎永远不可能形成。

与“弱人存原理”相比，“强人存原理”认为我们存在的事实不仅对我们的环境，而且对自然定律的可能形式与内容本身加以限制。产生这种思想的原因是，似乎奇妙的人类生命发展不仅是太阳系罕有的特征，而且是我们整个宇宙特征。

很多科学家认为宇宙是多重的，我们宇宙之外还拥有大量的宇宙，亿万多个宇宙可以解释自然定律的微调，使得其他行星有机会因为物理定律环境而变得寻常。

开普勒太空望远镜目前已经监测到近3000颗行星，其中有多至50颗或可能适合生命存在。2013年4月18日，美国航天局等研究机构宣布，开普勒天文望远镜已观测到太阳系外迄今“最像地球”的行星。研究人员在《科学》杂志上说，有两颗行星位于一个名为开普勒—62的行星系统的“宜居带”中，这里温度条件适宜，理论上其表面可保有液态水，甚至可能有少许大气，这也就意味着，那里可能有生命存在。开普勒—62行星系统距地球约1200光年，位于天琴座。在该系统中，5颗行星围绕一颗恒星运行，开普勒—62e和开普勒—62f是其最外围的两颗，它们的体积分别只有地球的1。6倍和1。4倍，受到的热量辐射也只是地球的1。2倍和0。4倍，公转周期分别为122天和267天。此外另一个研究小组的天文学家在《天体物理学杂志》上，报告了位于天鹅座的行星系统开普勒—69也拥有宜居带行星开普勒—69c。其恒星尺寸为太阳的93％、亮度为太阳的80％，距地球约2700光年，而开普勒—69c尺寸为地球的1。7倍，公转周期为242天。

根据一个新模型，银河系内有超过1%的恒星系统拥有支持复杂生命存在的行星。他们的模型显示，银河系有多达1。2%的恒星拥有存在复杂生命的行星。

科学家宣称宇宙中恒星数量可能是现在预估计的3倍，数量大约是3×1024，比地球上所有的海滩和沙漠的沙子总数还多，约相当于地球70亿人口所有身体细胞的总和。更多恒星的存在也意味着有更多的星球，外星生命存在的可能性也更大。按照科学家认为的有多达10500个数量级别的平行宇宙，宇宙之内生命肯定比较普遍，甚至有更高级文明的外星人。在英国皇家学会做的民意调查中，有44%的英国人相信外星生命的存在，28%的人不相信，而剩下的28%则表示不确定。

第二节量子意识

正如达尔文所说，探索生命起源，要探索物质起源。物质世界与生命世界，本质都是各种量子组成的结构集合体。量子世界与宏观物质世界、生命世界存在着不同，似乎量子是生命与物质的中间体，因为结构不同而组成不同的世界。我们有必要从量子世界理解生命的演化。

在双缝实验中，电子会因为有人用观察设备试图观看电子路径而改变方向，在时间延迟实验里，光会因为人遮挡住其路径而选择另一条道路，似乎量子拥有自己的意识。在很多量子实验中，量子系统能够形成协调性，而且很多物质拥有自己的记忆特征，并能够天然地进行自我组装，尤其有机分子，因为结构不同形成不同的分子表达结构，表现出不同的特征。

量子力学建立以后，对于量子力学的物理解释和哲学意义这个问题，一直存在着严重的分歧和激烈的争论。许多著名物理学家、哲学家、实验物理学家、数学家等都卷入了这场争论。争论之深刻、广泛，在科学史上是罕见的。在1927年和1930年这两届物理学盛会的索维尔会议中，关于量子力学的辩论，爱因斯坦两次都被以玻尔为首的哥本哈根派打败。爱因斯坦强调量子世界深层的因果关系，量子现象背后必然存在原因。而哥本哈根派强调量子世界的几率，波粒二象性，不确定性，不能同是测量量子的两个状态，而很多科学证据也证明了哥派是对的。

现代物理学证据证明，量子力学并非不确定。比如2010年，美国科学家设计出一种肉眼可见的量子机械，让一个极小的半导体“量子鼓”同时处在振动和不振动的叠加态中，进一步缩小了量子力学和我们现实感之间的距离。该研究成果获评《科学》杂志2010年十大科学突破之首。1996年，物理学家将电子空穴和自旋子分开，自旋和轨道这两种性质伴随着每一个电子。电子衰变为两个不同部分各自携带电子的部分属性：一个是自旋子，具有电子的旋转属性；另一个是轨道子，具有电子绕核运动的属性。

电子可以分裂及“量子鼓”的两个状态测量说明爱因斯坦的疑问并非完全错误，而爱因斯坦研究大统一理论，也是准备用新理论代替统一量子力学与相对论。至少爱因斯坦本人认为相对论并非完美，正如他认为的量子力学不完美一样。在宇宙的深层里面，微观量子世界与宏观相对论时空世界，必然产生联系。

当然新理论还要囊括占据宇宙23%的暗物质与73%的暗能量。

爱因斯坦与玻尔的哲学辩论，为物理学的思考及发展奠定了很大的思想空间，虽然留下无数谜团，也正说明了人类对真实世界的认识的局限性。

20世纪50年代，物理学家大卫·玻姆发表了他的第一本书《量子理论》，成为该领域的一部经典教科书，他成功构建了一个隐函数体系。粒子拥有确定的位置和动量，周围弥漫着直到宇宙尽头的“量子势”，以维护爱因斯坦的“上帝不掷骰子”观点。观测仪器会和量子势之间发生作用，从而使粒子改变它的行为模式。

玻姆认为，量子理论和相对论之间的矛盾，暗示了在自然宇宙中存在一种更基本的层面。无论是量子理论还是相对论，都指向这一更深层的理论。而这种更基本的层面，代表了一种不可分割的整体和一种隐含的秩序，在此之上才产生了我们对这个经验宇宙的解释秩序。

玻姆的隐含秩序不仅适用于物质也适用于意识，它能解释物质和意识二者之间的关系。隐含秩序代表更基本的真实，精神和物质被看作是这一更基本真实在我们的解释秩序中的一种投射。