1 失踪的宇宙 我们仅能找到4%的宇宙

    一个明显的答案是，在太阳系的其他地方寻找生命。也许，我们觉得生命很难在太阳系的其他地方存在，因为这可不像拉斯姆森和文特尔认为的那般容易。也许，生命之所以能在地球上快速繁衍，是因为它并非源于地球直接产生，而是源于外层空间的现成的生命体。从科学的角度看，这似乎使我们成为了外星人的后裔。这个想法并未引起过多争议。20世纪90年代初，美国国家航空航天局资助了一个项目，研究“岩石撞击火星、金星或水星时，会发生什么”。该项研究持续了多年时间，使用台式计算机模拟出现在太空中的岩石轨迹。1996年，该研究结果最终发表在《科学》杂志。结果很清晰：几十亿年以来，太阳系内的行星和卫星一直进行着岩石交换。研究人员表明，由于地球引力场吸引碎片，大约4%的火星表面脱落物质会落到我们的星球上。
    这与事实是符合的。在南极冰原的原始保存环境中，人们发现了几十个具有火星地质学特征的陨石。那时的火星气候湿润，适合生命繁衍一那个时代，火星比地球更适合生命居住。如果这些岩石来自火星为真，我们无法排除火星的生命经历一个突然（不请自来）的旅行到达我们星球的可能，这些外来生命作为一个分支开启了地球上的新的生命繁衍。
    从火星到地球的旅程或许需要长达1500万年，旅行中的所有微生物都会接触到大量的辐射。但我们知道，一些陆地微生物可以自行休眠，数千年时间不用呼吸或代谢也能存活。此外，我们在硫黄喷泉、深海火山喷发口和放射性废弃物中均发现了细菌等“极端微生物”，这表明微生物的耐受条件不应被低估。地球上到处都是细菌，这些细菌或许在“从火星前往地球的旅行”中受到了严酷的辐射，但仍然生存了下来。
20世纪80年代初，科学家在人类尿液中首次发现了生殖器支原体。它感染人体后，患者会被一种称为非淋菌性尿道炎的疾病折磨。现已证明，该生物生活在人类的生殖道中，它的基因组是地球上最小的。人类约有30000个基因，而生殖器支原体仅有517个且其中还有约300个基因似乎没有用处。
    1995年，文特尔领导的研究团队首次对生殖器支原体基因组进行了测序。该生物体基因的相对简单性激发了文特尔将其剥离至最基本组成的愿望，以观察究竟什么基因是生存的必需。文特尔说，“一旦生殖器支原体的基因组减少到最低限度，你将会明白生命存活的基本需要。”它能提供一个有用的生物工厂，文特尔计划将其他基因插入细菌基因组中，使细菌能具有合成胰岛素的功能。毫无疑问，这解释了为什么文特尔的动因一就最小基因组申请专利。
    文特尔已研究出了组成最小基因组所需要的基因，并合成了它们。在撰写本文时，该项目组正将合成的基因组植入已除去原基因组的细菌中。文特尔已经证明，他的团队在原则上可以进行基因组移植且无技术障碍。尽管这被视为向创造生命迈出了一大步，但文特尔所创造的，严格来说只是一种新物种而非新生命。加州大学圣克鲁斯分校的生物物理学家大卫·迪默（David Deamer）的说法更直接。他说，“文特尔团队正尝试制备的生命体，实际上只是一个‘彻底改造的有机体’。”
    拉斯姆森被指责想扮演上帝，甚至有人建议他的项目应该被立即终止。如果他想消除这些指责，他所要做的是列出洛斯阿拉莫斯虫的一些成分。洛斯阿拉莫斯虫的食谱与皮尔巴拉微生物不同，也与地球上所有的其他生物不同。实际上，有人会说洛斯阿拉莫斯虫并非生命，而是一小块肥皂。从根本上说，它就像一个洗衣粉的斑点，由肥皂加上一些光敏复合物组成，就像使你的白衬衫变得更白的那些东西。拉斯姆森苦笑着指出，你可以在当地的杂货店买到所有的原料，几乎没有科幻成分。
肥皂分子是由脂肪酸甘油酯组成的一本质是脂肪。但是，它的两端性质不同
    端是亲水的，一端是疏水的。将它们放入水中，分子会自行排列，就像一朵花的花瓣，亲水端朝向水这一侧，疏水端向中心聚集。油和脂溶性分子被包裹在每朵“花”的花心，并被它们所依附的东西带走。
    选择脂肪球（事实上应称为脂肪酸）作为生命后代基础原料的理由很简单：它提供了一个有用的容器。在水中，脂肪球创建了一个整洁的、自给自足的结构，并在试管内稳定存在。此刻，还需要的只是一些遗传物质。
    洛斯阿拉莫斯虫的遗传物质不涉及DNA。相反，它的遗传物质是PNA。P代表肽链，即短链的氨基酸，也是蛋白质的组成成分。PNA与DNA类似，由两条相互缠绕的氨基酸组成，只是其组装更简单。PNA不带任何电荷，这意味着它能溶解在脂肪中。PNA将自身嵌入在洛斯阿拉莫斯虫的油滴中，等待着复制的机会。
    当温度升高，复制的机会就来了。达到一定温度后，PNA双链发生解离。这会使氨基酸链局部的少量电荷暴露出来，并受到水分子的吸引。洛斯阿拉莫斯虫遗传物质的骨架仍保留在油滴内，而带电荷的基团被吸引到油滴的边缘，并与长度短于PNA的短链氨基酸相遇。拉斯姆森和他的团队计划将上述物质都漂浮水中一水是一种生命支持系统。其中一些短链氨基酸将与暴露在水中的PNA链“碱基”结合。如果结合方式是正确的，那么，PNA单链就将配对成一个新的双链。PNA的电荷变成中性，会再次回到油滴中。随着温度的起伏，这个过程会一次又一次地发生
    一洛斯阿拉莫斯虫的遗传物质将不断复制一当然，每一次的复制过程都有可能出现有趣的突变。
    可不能说这就达到了实验目的。事实上，拉斯姆森的团队只实现了生命的生长和分裂，未做到基因复制。尽管如此，拉斯姆森相信，如果一切都成功了，洛斯阿拉莫斯虫就会活下来。
    “好吧，只是在某种程度上，是活的。”拉斯姆森承认，如果你将生命定义为像我们一样生命，那么，它将不是生命。他说，“这需要我们努力很多年。因为细胞是一个非常复杂的系统，目前我们对它的了解或许还不到50%。”拉斯姆森相信，如果所有的组成部分都能正常运转，那么，洛斯阿拉莫斯虫就会活下来。
    智利南部欧洲天文台用望远镜捕获的星光表明，还有一个常数不恒定。2006年，一个物理学家组成的研究小组发表的一篇论文指出，质子质量与电子质量的比值（通常称μ）在遥远的过去数值更大。该结果是通过观察光线在穿过氢气云时发生的变化得到。氢原子由一个质子和一个电子组成，通过检测氢原子吸收和再发射的光，研究人员可得到μ值。
    与阿尔法类似，μ与非常遥远的过去相比，存在一个极微小的变化一120亿年前的μ比今天大0。002%。这是一个惊人的结果，它被发表在了著名杂志《物理评论快报》上。
    事实上，在奥克洛检测得到的阿尔法数值在降低，而来自120亿年前穿过气体星云的星光却表明阿尔法的数值在增大。这似乎是矛盾的，但常数在变化的证据显然增加了，这种差距或许正是宇宙的奇妙之处。
    约翰·韦布并非想将阿尔法的数值改变太多，只需允许阿尔法的数值在120亿年前减小一百万分之一，韦布的吸收线就能变得有意义。
    表面上看，这或许是个无关紧要的校正。阿尔法仅是个物理学常数，且在物理学之外几乎不为人知一“阿尔法的数值在过去或许稍有不同，今天的它只是稍微变大了一点，120亿年后只增加了一百万分之一。”然而，这是件了不起的事，是一件非常重要的事情。10年后，韦布仍就此事进行警示：如果这是事实，它将会为各种令人不安的想法打开一扇大门。今天，我们已构建了宇宙的故事，能解释它的运行。在今天看来，常数阿尔法应该是始终恒定的。不过，如果常数发生变化，各种物理定律必将发生改变。约翰·韦布的观察结果正威胁着人们
个没有规律的宇宙即将被释放。
    携带着答案的光子跨过宇宙走了120亿光年的距离，到达了地球上夏威夷莫纳克亚山峰顶的凯克天文台。不过，最让人感兴趣的是那些未到达凯克天文台的光线。如80年前维斯托·斯里弗尔在洛厄尔天文台所做的那样，韦布和他的团队也将光分解为光谱。在韦布的光谱中存在空隙：他的彩虹光谱某些颜色丢失了。这或许不具有太大意义，因为光线在太空旅行的120亿年必然会遇到某些物质（常见的罪魁祸首如气体云），它们或许会吸收掉特定波长的光线。如此，光谱的某些部分留下了裂缝，就像油漆工在卧室橘色的墙中留下了几条垂直的白色条纹。
    韦布发现的有趣之处在于，裂缝出现的位置错了。无论是星际气体云中的原子，还是你脚底的每个原子，都只吸收特定能量的光子。每个原子吸收的能量皆不同，它们就像原子的指纹。因此，通过观察光线的光谱和光谱中缺少的部分，你可以较容易地计算出光遇到的是什么原子。
    韦布发现，光谱中的指纹说明光线在旅行中与两种原子发生了作用
    种是镁原子，一种是铁原子。从韦布的光谱可以清楚地看出，类星体的光在到达地球的过程中经过了镁和铁组成的气体云。这里存在一个问题，众所周知，元素吸收光谱中的间隙是确定的，但韦布的光谱总有点不对劲，仿佛有人轻轻推动了光谱的位置
    些吸收线向左轻微位移；一些吸收线向右轻微位移。
    韦布安下心来重新计算。他希望做一些调整，让移动的光谱线变得有意义。他要做的，是让光线在星际尘埃云中运动时，精细结构常数的数值与今天稍有不同。
    这听起来似乎是个直截了当的结论，但公开提出这个假说还是需要不少勇气。当韦布提出物理学的中心常数阿尔法可能会随时间而改变时，人们礼貌地“质疑韦布的理智”。韦布因此而受到攻击。
    常数阿尔法决定了每次光子击中某物质时会发生什么。看看你对面的墙，你看到的任何颜色皆与常数阿尔法相关。当一个光子击中油漆中的一个原子，原子会吸收光子的能量并利用这种能量发出另一个光子到达你的眼睛。光子的能量决定了其发射光的波长，一本质上讲，这是你看到的颜色。如果墙是橙色的，光子具有特定能量；如果墙是紫色的，光子的能量会比此前的特定能量略高。要想使一种特定的颜料呈现某种颜色，你需要将阿尔法与油漆中原子和分子的量子结构放在一起作计算。
    表面上看，阿尔法只是个数字。如果你喜欢分数，其大致是0。0072974或者1/137。这个数字的组成十分简单（但这取决于计算时所采用的单位）。首先，电子的电荷数自身相乘，再除以普朗克常数。这也是量子物理学的主要内容：物理学家把它简单地称为h。h描述了光子的能量和波长与其颜色之间的相互关系。下一步，将计算得到的数值除以光速，再乘以2π，就得到了阿尔法。
    问题是，阿尔法不仅与室内装饰选用的油漆相关，它更是物理学的一个支柱，也是我们描述宇宙的核心数据。阿尔法决定了
    “空的”空间有多少能量，主宰着新生宇宙的膨胀。一旦新生宇宙经过第一个3分钟后，阿尔法将开始在新生质子的电磁相互作用中发挥作用
    一它决定了
    什么样的光子填满虚空。
    当第一颗恒星形成时，氢原子开始瓦解，原子核在强大的重力作用下熔化，阿尔法决定了它们可以发出多少光和热。由于各种辐射是我们了解早期宇宙的唯一途径，因此，几乎所有已知的关于宇宙的故事都可由阿尔法得知。表面上看，它可能仅决定了光的速度，量子理论中π和电子电荷数量等这些无聊的数字。实际上，阿尔法与宇宙演变中的几乎每一过程相关联。然而，令人不安的是，曾经的阿尔法可能与我们当前的测量值不同。
    阿尔法的意义在于，它是物理学中最重要的理论“量子电动力学（缩写为QED）”中最重要的常数。阿尔法决定了“质子和电子”等带电的亚原子粒子之间的相互作用。量子电动力学将量子理论、相对论、电学和磁学结合起来，是电磁学的起源。在“电弱统一理论”中，阿尔法也发挥了重要作用。该理论由史蒂芬·温伯格、阿卜杜斯·萨拉姆Abdus Salam）
    和谢尔登·格拉休（Sheldon Glashow）提出，并于1979年获得了诺贝尔物理学奖。“弱相互作用力”导致了诸如原子核的放射性衰变等现象。由于电磁力和弱相互作用力是自然界四大基本作用力中的两种，故而可以说阿尔法在宇宙中起着举足轻重的作用。
    科学家们必须用电子进行复杂的实验，才能算出量子电动力学公式中应加人的常数项。正如通过实验，牛顿理论可告诉我们引力常数决定了地球和太阳之间有多少相互吸引力。同样地，通过实验，也可以确定阿尔法，并告诉我们带电粒子是如何相互影响的。此外，阿尔法的数值不允许有太大的变化范围。
    如果你想确定很久以前是否有相同的东西，你需要一个尽可能古老的样本。韦布和巴罗很快意识到，他们可以得到一个完美的样品
120亿年前形成的类星体中心发出的光。恒星发出的光具有一个常量，被称为精细结构常数，也称阿尔法。类星体在120亿年前发出的光线具有常数阿尔法的特性。
    因此，分析那些光线，有利于回答保罗·狄拉克的问题。到了1999年，约翰·韦布似乎找到了答案。
1845年，发现海王星的法国天文学家于尔班·让·约瑟夫·勒威耶（Urbain Jean Joseph Leverrier）计算出了水星的椭圆轨道在每个近日点都会发生反常进动现象。
    这种转变或岁差是由太阳系其他行星的引力作用引起的。这并非水星的独有现象，每个行星在轨道近日点都会出现类似的岁差。但是，水星的问题不在于此。勒威耶用牛顿定律计算出的水星岁差数值与天文学家们观测得出的结果不相符，其差值为每100年43角秒。
    那时，注意到如此微小的异常是令人印象深刻的壮举，这相当于在30英里的尺度上测量1个硬币的直径。事实上，无人因此沾沾自喜。面对这个差值，科学家努力寻找解释。天文学家尝试了各种特殊的修正方法。勒威耶曾通过对比其他行星轨道，成功预测了海王星的存在。受此鼓励，他提出，“也许，水星附近还存在着另一个行星等待被发现。”
    另一些研究者认为，这或许是因为太阳自身的质量分布不均，又或许是太阳和水星之间的尘埃云影响了水星的运行轨道。不过，这些解释均不正确。直至1915年，爱因斯坦指出像太阳这样一个巨大的物体会扭曲它周围的空间，这才为水星反常进动现象找到了合理的解释。
    通过广义相对论方程，爱因斯坦提出了空间扭曲的存在。加上其他行星的引力作用，爱因斯坦计算出了水星的近日点进动值为每100年42。9角秒。这是对爱因斯坦新理论的有力验证，并立即得到了学术界的承认。根据约翰·安德森的说法，这对那些低估先驱者号异常潜在影响的人是个教训一所有的异常都有背后的原因。
    经过多年的旅行，先驱者号探测器上的仪器已将仪器的读数发回了地球。1980年，探测器的轨迹读数不再有意义，似乎两个航天器都被拉向了太阳方向。安德森和他团队中的少数天文学家探讨了这个异常现象，但并未公开，因为他们无法对这个现象作解释。1994年，安德森接到了从新墨西哥州洛斯·阿拉莫斯国家实验室的物理学家打来的电话。・・（Michael Martin Nieto）务验万引力理论是否可靠。他每次遇到其他物理学家，都会问一个看似愚蠢的问题一如果我们在太阳系外，还能用牛顿的万有引力定律预测物体的运动轨迹吗？最后，他和安德森团队的人通了电话，对方告诉他，这或许不是一个愚蠢的问题，他可以尝试征求约翰·安德森的意见。涅托随后打通了这个电话。
    按理说，先驱者10号和11号太空探测器不应引起任何人的兴趣。它们在20世纪70年代发射，现已远远飞出了太阳系的边缘，悄无声息地飘向深空。我们与先驱者10号的最后一次联系发生在2003年1月10日，一个微弱的信号被传回地球。它现在距离我们有近80亿英里远了，穿过了海王星和冥王星的轨道。因为它不再有能量发出信号，所以我们再也听不到它传回的任何信息。根据牛顿在300多年前建立的万有引力定律的计算，先驱者号探测器的下一个重要时刻将发生在200万年后，那时的它将飞至金牛座的毕宿五。
然而，先驱者号探测器的运行路径暗示着万有引力定律可能是错误的，或者至少某些特定的计算是错误的。因为，我们发现探测器偏离了轨道一探测器每年都会偏离其预定轨迹8000英里。当然，如果将它们每年飞行2。19亿英里的距离纳入考虑，这个误差并不大。不论是什么原因造成的偏移，这个影响探测器的力至少比地球引力弱100亿倍。尽管如此，但它确实存在，这引起了人们对牛顿最伟大成就的普遍适用性的怀疑。
    先驱者号探测器威胁了已知物理定律的想法几乎遭到了普遍嘲笑，甚至包括那些试图理解异常为何发生的人。鲜有人赞赏的事实是，美国国家航空航天局（NASA）明确计划使用先驱者号探测器检验牛顿定律。事实上，万有引力定律并未通过检验，难道我们不应认真对待这种失败吗？
    作为宇宙飞船，先驱者号探测器是独一无二的。每个飞行器都有检查其运行方向和轨迹的方法，例如通过用特定的恒星对其位置进行三角测量。如果执行任务的科学家发现这艘飞船已偏离了轨道，他们可点燃火箭推进器以修正偏移。先驱者10号和11号探测器也使用同样的方法保持自己的稳定性。先驱者号探测器上的陀螺仪不断地自旋，不断修正了探测器头部的运行方向。通过这种方式，执行任务的科学家不需要运用任何推进器，就能保持探测器的飞行轨道。
科尔布建议用85年前的物理学方法来解决暗能量问题。他说，我们可以回看20世纪20年代理论家们为了找到爱因斯坦方程的解所做的假设（这些解决方案在本质上是对宇宙的数学描述）。他们假设宇宙具有各向同性，无论你从任何方向观察宇宙，它都是一样的。
这并不奇怪。想象一下，你站在蓝莓松饼里四处张望，蓝莓围绕在你的四周。无论你怎么看，它们在松饼中的分布均无明显区别。我们以宇宙内部的视角观察宇宙与此类似。如果我们仅看太阳系或银河系的某个方向，我们会看到一些熟悉的特征，换另一个方向则看不到。然而，一旦我们走出了银河系，无论在哪儿，宇宙似乎都是一样的。