※人在宇宙中的位置※ *李淼*博士
我們從哪裏來，我們向何處去，我們是誰？這是高更名畫的標題，也是人類關於自身與宇宙的終極問題中最為極品的問題。
我們還沒有完全能夠回答這些問題，也許永遠不能完全回答這些問題，但我們在回答這些問題的路上越走越遠，或者，離問題的答案越來越近。
【終極問題探源：我們從哪裏來的，又將走向何方】
一個人，在幼年時代可能最關注他（她）的周圍環境，對一切充滿好奇心，本能驅動他去學習、適應乃至主動地創造。也許我們都會輕鬆地同意“學習和適應”是幼年人類的本能，不會同意“創造”也是。其實，嬰兒在很小的時候就學會推理和猜測，而猜測本身就是創造的基本元素。人作為個體，本身就是一個小宇宙。他像宇宙一樣會成長，演變，變得越來越複雜，同時，像宇宙一樣在創造。也許你會說宇宙本身不會思考，不會問以上的那些終極問題，但宇宙通過它內部的人類來問這些終極問題。
人類作為整體也許還處於幼年，但在最近的數萬年中，人類的成長突飛猛進，特別是自新石器時代以來，人類文明與科學技術的發展週期越來越短，週期以指數的方式縮短（工業時代比農業時代短了近百倍，後工業時代比工業時代短了十倍），而新想法新創造以及財富也以指數的方式增長。甚至有人如未來學家庫茲韋爾預言人類在數十年後將進化為超人。與智慧型機器的結合使得人類變成超人，思維能力與創造力將無限發展，人將飛出太陽系與銀河系。
一切聽上去都很科幻。
但是到目前為止，我們確實還不完全知道我們是哪里來的，我們在宇宙中的位置，我們將走向何方。特別地，在這個演講中，我想通過對外星人的搜尋談談人在宇宙中的位置。
【歷史脈絡尋根：人是宇宙中唯一的智慧生物】
如果先總結一下，我們可以大致這麼說，人類自從開始問自己在宇宙中的位置的時候，就認為我們處於宇宙的中心地位，認為人是萬物之靈。後來，近代科學發展導致人類對這種“樸素”的觀點越來越懷疑，極端的觀點認為人在宇宙中和一塊石頭一樣，既沒有特殊意義也十分普通和普遍，再後來，就是眼下，開始有人以另一種方式回歸到原始的樸素觀點，人在某種意義上還真是非常特殊。眼下，我自己的觀點是，人是我們這個宇宙中唯一的智慧生物，或許，存在幾乎無數個其他宇宙，我們這個宇宙非常幸運地擁有智慧的存在。
現在展開說一說。首先，目前流行的看法是，我們現代智人大約源於二十萬年前，智人完全不同於更早的直立人。就進化來說，智人在十幾二十萬年的歷史上除了文明的進步，在生理上沒有什麼特別大的變化。那麼，文明開始於何時？如果不以文字為標誌，我覺得文明可以以原始宗教的出現為標誌。那麼，文明的起始就與人類有了墓葬與墓葬儀式開始同時，因為後者被認為是原始宗教出現的標誌。
有考古證據的最早墓葬可以追溯到四萬年前，一個典型的例子是位於澳大利亞的蒙哥人，在蒙哥湖（Lake Mungo）附近，考古發現揭示蒙哥人在埋葬死者時舉行某種儀式，這自然與原始宗教有關。
很有意思的是，最早的藝術品也可以追朔到四萬年前，有一種獅面人身的雕像，質地是猛獁牙的，發現地點是德國的一個洞穴，屬於晚期舊石器時代的奧瑞納文化。這些類似的發現當然比中國的新石器諸文化早了許多。
當人類有了原始宗教，人類一定對世界有了某種解釋。或者反過來，原始宗教是人類企圖解釋世界的結果。在幾乎所有的原始宗教中，人是天地或宇宙的中心，首先在地理上，我們所處的位置居於世界中心，原因是早期人類的目光所及總有一個視界，幾何學上向遠處看的人總覺得自己處於視界的中心，大地是平坦的，天是圓的，我們處於中心。古代人認為萬物有靈，山有山怪，水有水精，每棵樹都有靈在控制其生長，雲彩雷電也有相應的靈，太陽月亮也有對應的靈在運行。而在所有的精靈之中，人是萬物的尺度，人是中心。即使有神，神也是人的昇華。
萬物有靈論是一個很有效的“科學”系統，既然我們能夠體會人類自身的動力與自由意志，那麼萬物有靈自然能夠解釋一切事物的運動。
到了一神論時代，人同樣處於宇宙的中心。例如在《聖經·舊約》中，耶和華在開天闢地之後，創造了人類，將他安置在伊甸園，讓他管理所有其他生物。
當然，古老的中國人一直認為中國才是宇宙中心，中國的中字的含義本來如此。直到17世紀利瑪竇等人來到中國，我們才知道中國並不一定是世界中心。
古希臘人發展了系統的天文學，第一個重要的系統自然是托勒密系統，在這個系統中，地球居於宇宙的中心，最近的外面是月亮，然後依次是水星、金星、太陽、火星、木星、土星、所有其他恒星。
當然，現在幾乎所有教科書都說托勒密錯了，16世紀初的哥白尼系統才是正確的。在日心說中，居於中間的是太陽，然後依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星……我們今天知道，托勒密並沒有完全錯，他是站在以地球為靜止參照系來觀察天體運動的。哥白尼當然非常了不起，因為他能夠換一個視角，以太陽為靜止參照系。
在哥白尼的眼中，宇宙只有太陽系這麼大，但地球不是中心，榮耀神的是太陽，因此，人類與其他行星一樣不是中心。當然，放在今天來看，太陽系不是整個宇宙，太陽更不是宇宙中心，因此，今天的人類位置比在哥白尼開創的時代中更加遠離宇宙中心。
事實上，到了上個世紀二十年代，人們發現銀河系才是更大的宇宙，到了三十年代，連銀河系都遠遠不是宇宙本身，例如，仙女座大星雲是距離我們高達兩百萬光年的一個比我們銀河系還要大的星系。如果說，我們的銀河系含有大約兩千億到三千億顆恒星，那麼仙女座星雲中的恒星不少於四千億顆。
不論是三千億還是四千億，這些數字大約等於地球上曾經活過的所有人口。
【科幻假設求證：宇宙中是否存在更聰明的智慧生物】
那麼，接下來我們會問，現在的宇宙到底有多大？目前天文學家和物理學家共同承認的一個宇宙模型告訴我們，我們的宇宙的半徑大約有四百多億光年，在這個巨大而有限的宇宙中，至少有一千億個星系，而每個星系都像銀河系一樣含有千億級別的恒星。
有人會問，你怎麼確定宇宙是這麼大？宇宙之外是什麼？簡短的回答是，我們原則上能夠看到的宇宙範圍就這麼大，再遠的地方我們看不到了，因為越遠的地方我們看到的東西越早（光速有限），更早的宇宙是不透明的。當然，我們不能排除在我們的可觀察到的宇宙之外還有空間，還有更多的其他宇宙，也許還有幾乎無數個其他宇宙。
那麼，人類怎麼辦？人類這麼渺小，渺小到地球在宇宙中不用巨大的放大鏡根本看不到，渺小到很多年前旅行者一號在遙遠的60億公里外回望地球的時候，用她的攝像機只能拍到一個暗淡藍點。
最近數十年，人類在“認識”到自身的渺小之後，開始問，宇宙中有類似人類或者比人類更加聰明的智慧生物和更加發達的文明存在嗎？
無數科幻小說和科幻電影都以宇宙中甚至我們銀河系中存在很多其他文明為前提，星球大戰、星際迷航是如此，最近的阿凡達、普羅米修士也如此，當然，中國人驕傲的科幻小說《三體》也如此。
但是，至今沒有人見過外星人（沒有證據的聲稱除外），因此產生了所謂費米悖論。費米問，那些外星人在哪里？也就是說，如果科幻假設是正確的，銀河系中早在數十億年前就會產生過智慧生命，比我們智人早了太多太多，因此他們的文明到了今天應該比我們先進了太多太多，他們早該造訪了地球，他們早該在地球上留下了什麼。可是，為什麼我們沒有看到？
科學家比普通人更加關心這個問題，因此他們早在二戰之後就利用二戰中發展起來的射電技術尋找外星人。1959年，著名科學家Giuseppi Cocconi和Philip Morrison就發表了一篇科學論文討論用射電技術搜尋外星文明的方法。
在研究地外文明的先驅之中，有著名的卡爾·薩根，有Drake，後者還發明了一個計算銀河系中到底有多少智慧文明的公式，叫Drake公式，薩根曾經用這個公式計算過，得到的數目很巨大，不下上百萬。當然，這些上百萬的文明有的先進有的落後，落後的不會來訪地球，先進的也許不屑於來訪地球，薩根回答了費米悖論嗎？
有一個專門搜尋地外文明的組織，成立於1961年，叫SETI。這個組織不遺餘力地搜尋地外文明，利用了很多著名天文臺和射電望遠鏡，例如位於波多黎各阿雷西沃的口徑達到300米的射電望遠鏡，很遺憾，與薩根的名著《超時空接觸》裏的故事相反，到今天我們也沒有能夠看到任何地外文明的蛛絲馬跡。
目前，中國在貴州正在建造口徑達到500米的射電望遠鏡，目的之一也是搜尋外星人。
美國在2009年向太空發射了一個望遠鏡，命名為開普勒望遠鏡，其目標是專門搜尋太陽系之外的行星，特別是類似地球這樣可以容許生物出現的行星。次年，開普勒計畫就發現了三百餘顆系外行星，到了2011年，這個數目增至兩千以上，科學家估計在地球為中心的一千光年範圍內，至少存在三萬顆可居住行星，而在整個銀河系內至少有五億顆這樣的行星！當然，搜尋到的行星數目還在繼續增長。現在，可以說，幾乎每個恒星都攜帶行星，或者說，銀河系中的行星數目不小於恒星數目。
開普勒望遠鏡的發現更加深化了費米悖論：既然存在這麼多可居住行星，那麼，是不是應該有同樣多的地外文明？為什麼至今他們還沒有造訪我們？更嚴重的問題是，為什麼至今我們還沒有發現他們存在的任何跡象，即使通過最先進的手段？
很多人，如英國皇家天文學家馬丁·瑞斯，認為外星人的確存在，很多外星人比我們更加發達，而人類正在向後人類邁進。當我們造成智慧的機器人之後，矽基智慧就出現了，有智慧的機器人完全可以發展出新的文明。
另一些人，如著名科普作家保羅·大衛斯認為，人類是孤獨的，龐大的宇宙中只有一個智慧文明，就是人類。
【費米悖論的真正答案：存在很多類似我們的宇宙】
一般人很難認同大衛斯，我卻認同，否則我們無法解釋費米悖論。我覺得，人類的出現非常偶然，不像某些進化論者認為是必然的，不是有了單細胞生物就會出現哺乳動物，不是有了哺乳動物就會出現智人，這個鏈條上每一個環節都非常脆弱，出現的可能小而又小。你會問，既然每一個環節出現都是極其偶然的它為什麼在地球上就出現了？
我暫時的答案是，人類在地球上出現了是事實，當事實出現後你就必須承認，而不是去計算其概率。當然，我有一個很時髦的理論可以用來解釋這個小而又小的概率：在我們宇宙之外還存在幾乎無數個其他宇宙，多數宇宙與我們的宇宙完全不同，甚至物理規律也是不一樣的，也存在少數與我們的宇宙類似的宇宙，即使這些宇宙占少數，但由於眾多的宇宙存在這個少數的數目也龐大得驚人。在這些類似我們的宇宙中，總有一些宇宙中出現了智慧生命，而當這些智慧生命出現後，他們就開始問“我們從哪里來，我們向何處去，我們是誰”這類終極問題，他們就提出了費米悖論。
再重複一遍，費米悖論的真正答案是，存在很多類似我們的宇宙，儘管在這些宇宙中智慧生命難以出現但還是能夠偶然出現，出現之後他們發現自己在宇宙中是孤獨的，正是他們的出現才能有帶有智慧的問題出現，如費米悖論。
﹝註﹞李淼，1962年出生，2013年加盟中山大學，現為中山大學天文與空間科學研究院院長。
1982年畢業於北京大學天體物理專業，1984年在中國科技大學獲理學碩士學位，1988年在該校獲博士學位。1989年赴丹麥哥本哈根大學玻爾研究所學習，1990年獲哲學博士學位。
1990年起先後在美Santa Barbara加州大學、布朗大學任研究助理、研究助理教授，1996年在芝加哥大學費米研究所任高級研究助理。1999年回國，任中國科學院理論物理研究所研究員、博士生導師。
著有《超弦史話》《越弱越暗越美麗》《<三體>中的物理學》等。
※地球在宇宙中的位置※
現在初看起來，關於宇宙在任何方向看起來都一樣的所有證據似乎暗示，我們在宇宙中的位置有點特殊。特別是，如果我們看到所有其他的星系都遠離我們而去，那似乎我們必須在宇宙的中心。
20世紀早期，俄國物理學家和數學家亞歷山大·弗裏德曼以廣義相對論著手解釋宇宙，他認為宇宙不是靜態的，並指出：“我們不論往哪個方向看，也不論在任何地方進行觀察，宇宙看起來都是一樣的”，幾年之後，弗裏德曼這個觀念被美國天文學家愛德溫·哈勃所證實。為此，霍金在《時間簡史》第三章中寫道：如果不去管在小尺度下的差異（我們星系中的其他恒星形成了橫貫夜空的銀河系的光帶），而看得更遠的話，則宇宙確實在所有的方向看起來是大致一樣的。及至1965年，兩位美國物理學家阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜無意中探測到宇宙微波背景（由亞歷山大·弗裏德曼的學生喬治·伽莫夫首先提出），而由於不管我們朝什麼方向進行測量，其所測得的微波輻射都是一樣的（變化總是非常微小），就進一步證明了弗裏德曼實際上異常準確地描述了我們的宇宙。此外，霍金指弗裏德曼也提出了另外一個沒有任何科學的證據支持或反駁的假設：“從任何其他星系上看宇宙，在任何方向上也都一樣”，不過霍金自言相信另一個假設只是基於謙虛：“因為如果宇宙只在圍繞我們的所有方向顯得相同，而在圍繞宇宙的其他點卻並非如此，則是非常令人驚奇的！”
過去400年的望遠鏡觀測不斷地調整著我們對於地球在宇宙中的位置的認識。在最近的一個世紀裏，這一認識發生了根本性的拓展。起初，地球被認為是宇宙的中心，而當時對宇宙的認識只包括那些肉眼可見的行星和天球上看似固定不變的恒星。17世紀日心說被廣泛接受，其後威廉·赫歇爾和其他天文學家通過觀測發現太陽位於一個由恒星構成的盤狀星系中。到了20世紀，對螺旋狀星雲的觀測顯示我們的銀河系只是膨脹宇宙中的數十億計的星系中的一個。到了21世紀，可觀測宇宙的整體結構開始變得明朗——超星系團構成了包含大尺度纖維和空洞的巨大的網狀結構。超星系團、大尺度纖維狀結構和空洞可能是宇宙中存在的最大的相干結構。在更大的尺度上（十億秒差距以上）宇宙是均勻的，也就是說其各個部分平均有著相同的密度、組分和結構。
我們相信宇宙是沒有“中心”或者“邊界”的，因此我們無法標出地球在整個宇宙中的絕對位置。地球位於可觀測宇宙的中心，這是因為可觀測性是由到地球的距離決定的。在各種尺度上，我們可以以特定的結構作為參照系來給出地球的相對位置。目前依然無法確定宇宙是否是無窮的。
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地球在宇宙中的位置
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對象
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大小
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注釋
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地球
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直徑12,700公里
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人類當前的居所
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外太空
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向陽側63,000公里；
背陰側6,300,000公里
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地磁場所支配的空間。
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月球軌道
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直徑770,000公里
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月球繞地球公轉軌道的平均直徑。
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地球軌道
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直徑3億公里
2 AU [a]
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地球繞太陽公轉軌道的平均直徑。
包含 太陽，水星和金星。
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內太陽系
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直徑6 AU
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包含太陽，內行星（水星，金星，地球，火星）和主小行星帶。
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外太陽系
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直徑60 AU
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圍繞著內太陽系； 包含 外行星 (木星，土星，天王星，海王星)。
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柯伊伯帶
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直徑96 AU
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Belt of icy objects 環繞外太陽系的佈滿冰封小天體的帶狀區域。包含矮行星冥王星、妊神星和鳥神星。
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太陽圈
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直徑160 AU
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太陽風和行星際物質所觸及的最大範圍。
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離散盤
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直徑200 AU
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圍繞著柯伊伯帶的零星散佈著冰小天體的區域。包含矮行星鬩神星。
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奧爾特雲
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直徑100,000–200,000 AU
2–4光年[c]
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包含數以兆計的彗星的球殼。
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太陽系
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直徑4光年
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太陽和其行星系統。這是太陽引力和周邊恒星引力的平衡點。
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本地星際雲
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直徑30光年
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太陽和另一些恒星所處的星際雲。[d]
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本地泡
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直徑210–815光年
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星際物質中的一個空腔，太陽和其他一些恒星位於其中。[d]
由以前的一顆超新星造成。
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古爾德帶
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直徑3,000光年
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太陽所處的幼年恒星環。[d]
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獵戶臂
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長度10,000光年
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太陽所處的銀河系螺旋臂。[d]
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太陽系公轉軌道
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直徑56,000光年
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太陽系圍繞銀心公轉的平均直徑。太陽系的公轉軌道半徑約為28,000光年, 略大於銀河系半徑的一半。太陽系的公轉週期約為2.25至2.50億年。
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銀河系
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直徑100,000光年
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我們所在的星系，由2千億到4千億顆恒星構成並充滿了星際物質。
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銀河系次星系群
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直徑2.74百萬光年
0.84 百萬秒差距[e]
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銀河系和其引力束縛的衛星星系，例如人馬座矮星系，大熊座矮星系和大犬座矮星系。這裏引用的是獅子座T矮星系的公轉軌道直徑，它是銀河系亞群中最遠的一個星系。
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本星系群
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直徑3百萬秒差距
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至少由47個星系組成的星系群。 占主導地位的是仙女座星系 (最大)，銀河系和三角座星系，其餘的是較小的矮星系。
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室女超星系團
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直徑33百萬秒差距
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本星系群所在的超星系團，包含大約100個星系群和星系團。
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拉尼亞凱亞超星系團
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直徑160百萬秒差距
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我們的本星系群所在的超星系團是拉尼亞凱亞超星系團的一部分，中心是室女座星系團。
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雙魚-鯨魚座超星系團複合體
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直徑300百萬秒差距
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室女座超星系團所在的大尺度纖維狀結構。
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可觀測宇宙
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直徑28,000百萬秒差距
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宇宙的大尺度結構包含超過1千億的星系，組合成上百萬的超星系團、大尺度纖維狀結構和空洞，形成泡沫狀的超大結構。
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宇宙
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直徑大於28,000百萬秒差距
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在可觀測宇宙之外的是不可觀測的區域，來自那裏的光尚未能到達地球。我們無法得到那裏的任何資訊，因為光是速度最快的資訊傳播媒介。然而，鑒於沒有理由去假設宇宙有不同的自然規律，宇宙很可能包含更多的由星系構成的泡沫狀超大結構。
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之外
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未知
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a 1 AU或天文單位是地球和太陽之間的距離，等於1.5億公里。地球的公轉軌道的直徑是軌道半徑的兩倍，即2 AU。
b 假設的存在。
c 一光年是光在真空中一年時間內傳播的距離，等於9.46萬億公里，或63,200 AU。
d太陽在銀河系裏並不被其他結構的引力所束縛。這些區域僅是用來標出太陽繞銀心公轉軌道所處的位置。
e 一百萬秒差距等於3.26百萬光年。 一秒差距等於從地球上看有一角秒的視差的恒星的距離。
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