当波兰博学家尼古拉斯·哥白尼在 1543 年提出太阳而不是地球是我们太阳系的中心时，他所做的不仅仅是复兴“日心说”模型，这个模型是由希腊天文学家萨摩斯的阿里斯塔克斯在大约 18 个世纪前设计（并基本被遗忘）的。 哥白尼——或者更确切地说，以他的名字命名的“哥白尼原理”——告诉我们，我们人类没有什么特别之处。 或者，至少，我们居住的星球对于我们之外的任何事物都不是中心；相反，它只是围绕恒星旋转的另一个普通世界。
自从哥白尼提出这个观点以来，在过去的几个世纪里，我们明显的平庸性才有所提升。 19 世纪中叶，查尔斯·达尔文意识到，人类与其说是“造物主的皇冠”，不如说是自然选择进化而来的自然产物。 20 世纪初，天文学家哈洛·沙普利加深了我们哥白尼式的宇宙降级，表明不仅地球，而且整个太阳系都缺乏中心地位，它位于银河系沉睡的郊区，而不是相对繁华的银河系中心。 几年后，天文学家埃德温·哈勃表明，银河系以外还存在其他星系，目前的估计表明，可观测宇宙中的星系总数高达一万亿个或更多。
自 1995 年以来，我们发现，即使在我们银河系中，大约每五颗类太阳或更小的恒星中，就有一颗拥有一个地球大小的世界，它在“金发姑娘区”（既不太热也不太冷）中运行，液态水可能在岩石行星表面持续存在。 这表明，仅在银河系中，原则上就至少有数亿颗行星可能适合居住。 大约在同一时间跨度内，对宇宙大爆炸余晖——宇宙微波背景——的观测表明，即使是构成行星和人类的普通原子物质，也仅占宇宙质量和能量预算的 5% 不到。 随着我们知识的每一次进步，我们的整个存在似乎都从任何可能的顶峰退去，似乎沦为宇宙边缘漂浮的残骸。
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信不信由你，哥白尼原理甚至并没有就此结束。 近年来，越来越多的物理学家和宇宙学家开始怀疑——通常违背他们最热切的希望——我们的整个宇宙可能只是一个庞大得令人难以置信的宇宙集合中的一个成员：一个多元宇宙。
然而，有趣的是，如果多元宇宙真的存在，这也表明哥白尼式的宇宙谦卑只能到此为止。 许多假设多元宇宙存在的同一批研究人员进一步推测，随机机会而不是任何基本定律为决定我们现实特征的三十几个物理常数设定了值。 也就是说，诸如驱动宇宙加速膨胀的“暗能量”的密度，或者“强”核力和“弱”核力（它们将原子核结合在一起并负责一些放射性衰变）的大小，在多元宇宙的不同成员中可能会呈现截然不同的值。 此外，甚至我们称之为“自然法则”的也可能只不过是管辖我们多元宇宙特定区域的地方性规章。 而且，类似于一个简单的数学问题有无限多个错误答案而不是正确答案，如果多元宇宙存在，那么宇宙集合中的大多数成员应该是死气沉沉或没有生命的。 它们中普遍存在的定律和常数可能完全排除复杂性和生命的出现。 显然，那么，我们将发现自己不是在一个“典型的”毫无生机的宇宙中，而是在一个多元宇宙的“特殊”成员中——一个属于允许生命出现和进化的宇宙子类。 凭借这种惊人的可能性，哥白尼原理似乎已经达到了它的极限。
波兰博学家尼古拉斯·哥白尼的版画。 图片来源：North Wind Picture Archives/Alamy Stock Photo
有趣的是，我们当前对太阳系外生命的 астрономический 搜索可能会告诉我们，哥白尼原理是否在比推测性和崇高的多元宇宙层面更早的阶段就失效了。 从我们目前的知识中推断，了解各种恒星是如何诞生、生存和死亡的——以及它们中的一部分是如何在其宜居带中孕育潜在宜居的地球大小行星的——我们可以估计生命在宇宙中出现的相对可能性随时间变化。 毫不奇怪，由于低质量恒星是最多的，而且寿命最长（例如，质量是太阳十分之一的恒星可以发光数万亿年），人们发现宇宙中的生命更有可能存在于非常遥远的未来，存在于围绕低质量恒星运行的行星上，而不是像地球这样的行星上，地球围绕着像我们太阳这样的恒星运行。 换句话说，地球上的生命似乎非常早熟，而且相当“特殊”——这表明可能违反了哥白尼原理。 除非，还有其他因素阻止生命在围绕非常低质量恒星的行星上出现，或者生命出现的概率随着时间的推移而足够快地降低。 可能抑制生物化学前期的因素有很多。 它们包括既定的事实——例如红矮星倾向于发出强烈的耀斑和其他恒星爆发，这可能会剥夺行星的大气层——以及有充分理由的推测，例如撞击年轻行星的小行星需要处于金发姑娘般的状态，既不能太多以至于破坏生物发生，也不能太稀疏以至于使生物化学前期缺乏被认为对生命起源必要的分子前体。 当前和不久的将来对系外行星大气层中生物特征的天文搜索，这些搜索正集中在目前最适合研究的低质量红矮星周围的世界，可以为我们提供有价值的线索，以了解生命是否可以在这种不熟悉的环境中存在，从而了解我们是否已经达到了哥白尼原理适用性的极限。 在这方面值得注意的是，詹姆斯·韦伯太空望远镜最近对 TRAPPIST-1b 行星（它围绕着一颗质量约为太阳 1/11 的红矮星运行）的最新观测表明，这颗行星没有大气层。
哥白尼原理的含义对于任何喜欢将人类视为存在的中心或最重要要素的世界观的人来说，可能听起来令人沮丧，但请注意，扩展哥白尼原理的每一步都代表着人类的重大发现。 也就是说，我们自身物理意义的每一次降低都是我们知识巨大扩展的结果。 哥白尼原理教会我们谦卑，是的，但它也提醒我们要保持我们的好奇心和对探索的热情，使其充满活力。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。
本文的标题为“宇宙谦卑”，经过改编后收录在 2023 年 10 月号的《大众科学》杂志中。