鲁达 打开微博、微信，从朋友分享到商家广告，人人都在谈论“另一个地球”。NASA的一场新闻发布会，因为一个以讹传讹的“相似度98%”，成了全球媒体头 条。本场筹款科普活动圆满成功。不过，看着满屏的“移民”和“祸害另一个地球”，我只想说一句：“兄弟你听说过齐奥尔科夫斯基吗？”
84万年的航程
齐奥尔科夫斯基是老前辈。1857年——英法联军带着几十艘木船和几百门前膛炮来攻打广州的那年他出生，光绪八年他25岁，才搞清楚你中学课本上的牛顿定 律。但到了1903年，人类首次航天发射之前半个多世纪，齐奥尔科夫斯基提出了一个航天飞行的基本公式，一直沿用到今天。希望各位不要对100多年前的老 公式有太多恐惧心理。
齐奥尔科夫斯基公式：V＝V0×ln（M0/Mk）
V是航天器获得的速度增量，V0是向后喷出物质的速度，M0是发动机开始工作时的飞行器质量，Mk是发动机工作结束时的飞行器质量，ln是求自然对数。
发动机性能决定了V0，运载火箭的喷射气流速度大概是不到3000米/秒，已经是当前的技术极限。那么，飞行器能获得的速度就取决于M0/Mk的比值。
高中数学告诉我们，对数函数的曲线是这样的：
图1 自然对数曲线
可见，初始质量越大、最重质量越小，M0/Mk就越大，飞行器能达到的最终速度越高。但随着M0/Mk的增长，ln函数的增长越来越慢——因为早期消耗的 燃料主要用来加速后期使用的燃料，所以堆积质量是一个效率不断降低的方案。如果要发射一个1吨的飞船去第二个地球，在启动重量是10吨的情况下，最终飞行 速度是喷射气流速度的2.3倍；启动重量是一万吨的时候，飞行器的速度是喷射气流速度的9.2倍。如果起飞重量达到1亿吨，飞行器速度可以增加到喷射气流 速度的18.4倍。一艘地球那么重的飞船，即便除了最终到达目标的1吨荷载之外全都是燃料，最终速度可以达到多少呢？
只有喷气速度的50倍。
如果我们将来的发动机技术进步几倍，能用每秒一万米的速度喷气，50倍的喷气速度就是50万米/秒——每秒500公里，听起来比刚刚掠过冥王星的新视野号 （每秒16公里）快多了是不是？但众所周知，光速约为每秒三十万公里，每秒500公里只有光速的六百分之一，1400光年的距离，这艘地球飞船要飞 600×1400=840000年。可见就算烧掉一个地球，也得84万年才能得到另一个地球。
接下来我还有一个好消息和一个坏消息。
好消息是星际空间近乎绝对的无阻力真空，只要你运气不太坏，加速到500公里/秒之后，可以一直保持这个速度往前飞，不用再消耗燃料。坏消息则是没有任何摩擦力帮你停下来，飞船必须自己解决减速——停下来的问题。
新视野号花了7亿美元，为什么只掠过冥王星看了一眼，就一去不回？因为齐奥尔科夫斯基公式两侧可以各乘以“-1”，等式依然成立。这告诉我们，让一个航天 器停下来或是动起来，都要付出同样的代价。如果我们用1亿吨的燃料把一吨的荷载加速，那么要是想让荷载停在目标附近，我们也只能留下全部荷载的 1/100000000。所以，要是打算用84万年飞到“第二个地球”再刹车，就算把整个太阳系（包括太阳）的质量都拿来造飞船，也很难在100万年内把 一只老鼠大小的荷载安全送达。
当然我们要对人类的技术进步抱有乐观态度。将来飞行器的推进原理也许和现在完全不同。但就目前可展望的物理学来看，超越光速违反了基本的物理规则，技术再 进步，也无法突破科学的边界。如果我们开发出接近光速飞行的飞船……我们依然需要1400年到达另一个地球。不算加速减速，来回总要2800年。这个时间 比孔子到今天的时间还久，可以说这个旅行对当前的人类不会产生实际影响。所以还是不要考虑什么保护“另一个地球”的环境了，那是“杞人忧天”（字面含 义）。
有人可能寄希望于相对论带来的时间收缩。但爱因斯坦的理论同样意味着一个好消息和一个坏消息。好消息是在达到光速99%的飞船中，时间流逝速度只有原来的 的1/7（相对地球这个慢速参照系）；如果能达到99.9%的光速，时间收缩会达到1/22；99.99%的光速则意味着70倍的时间收缩。2800年的 七十分之一是40年，如果不考虑怎么加速到这个速度的问题（其实是个非常大的问题），一个青年旅行者还是很有希望乘99.99%光速的飞船跑一个来回的。
不过很遗憾，爱因斯坦的坏消息是这个时间收缩只对亚光速飞船本身有意义。宇航员可以用40年时间往返，但在地球视角来看，时间照常流逝。两次加速减速之 后，年逾花甲的宇航员打开舱门，看到的是2800年后的地球。这个方案除了能满足宇航员的好奇心之外，对人类社会也没有任何价值。
当然，开普勒望远镜花了6亿美元，给我们的回报远不止这颗1400光年外的遥远行星。就在距太阳最近的半人马座α星（实际上是三颗互相绕行的恒星，即刘慈 欣设想的《三体》星系），人类也发现了行星存在的迹象。虽然这颗行星紧贴着恒星，比水星距太阳还近，必定是一个炽热的世界，但它距我们“只有”区区4光 年，和刚刚发现的天鹅座Kepler 452b相比，简直是就在隔壁。
但人类显然也不具备拜访“隔壁邻居”的能力（无比喻，字面含义，半人马座α星又称比邻星）。目前人类飞的最远的探测器是旅行者号，它还需要8万年才能飞到 比邻星。务必记住，衡量恒星之间距离的常用单位是光年。光年本身就意味着约1亿亿米，即10后面跟上16个0。这个单位本身就意味着绝对的时空“天堑” （还是字面意思）。至于光年前面的数字，是4还是1400，其实根本不那么重要……（此处参见： /MaPing）
宇宙实验室
总而言之，开普勒望远镜花了6亿美元，又抢占了全球媒体的一天头条，回报给人类的只是一些远方行星的间接证据，对改善地球环境、缓解资源压力毫无帮助。那么，我们为什么要支持这样的项目，为什么要为了远方行星的幻影而欢呼呢？
让我们先放下这个问题，分析一下“开普勒”是如何“看到”（这次不是字面意思啦）这些行星的。
严格说来，我们从未“看清”任何太阳系外行星，甚至完全看不到其中的绝大多数。读者应该记得，我们把太阳系里的知名星体都“看”清楚也不过是上周的事情 ——在新视野号抵达目的地之前，冥王星对人类而言只是毫无细节的一个圆面。至于距离以光年计的恒星，绝大多数在最强的望远镜里也只是无法分辨大小的光点， 更不要说这些恒星周围的行星了。最近几年，随着望远镜技术和图像处理技术的进步，人类勉强能通过望远镜给一些离太阳系足够近、也足够大的系外行星拍照。你 不要对这些照片预期过高——只是一些能看出颜色的光斑而已，模糊到无法判别图像的边缘。
图2 系外行星VHS 1256b
但“眼见为实”这句话并不适用于科学。一个巨大的行星在轨道上旋转，除了反射可见光，还会制造许多其他的效应，可以用精密的仪器进行测量。只要测量到这些 效应，我们就算从未看见这个行星——比如这次的Kepler 452b，我们依然可以推断出它的存在。不要忘了，太阳系里肉眼可见的行星，除了我们脚下的地球，只有金木水火土5颗。从天王星开始，我们就要借助望远镜 和照相机才能观测行星反射的太阳光。到了海王星，已经是“笔尖上的发现”，即我们在通过望远镜看到海王星的反光之前，就已经通过引力效应发现了它的存在， 比较准确地预言了它的轨道。对于太阳系之外的行星，人类虽然更难“看见”，但也能通过类似的方式去观测。
比如说，足够大的行星会对恒星产生引力牵引，导致恒星的位置周期性地摆动。记录摆动的周期和幅度，再根据光度和光谱分析恒星的质量。科学家就能推断出恒星 周围行星的质量和轨道。如果恒星有多个行星，恒星就会呈现多个不同幅度的摆动叠加。只要观测的时间足够长，还可以推断每个行星的轨道和质量。
从光学上说，虽然大多数行星的反光被淹没在中心恒星的星光里。但从地球的角度看过去，部分行星的轨道会恰好从恒星面前通过，周期性挡住恒星的一部分光芒，导致恒星的光度下降。只要已知恒星的半径和光度，也可以通过简单的几何分析来推断行星的半径。
某些行星有大气，或是本身就是木星这样的气态行星。这样的行星挡在恒星前面时，大气会吸收一部分恒星的光线。通过分析哪些频率的光线被吸收，我们能知道行星的大气包含什么气体。如果包含水蒸气，再考虑行星和恒星的距离，就能大概推断行星上是否有液态水。
除了可见光，恒星还会在红外、紫外、射电等频率发射各种各样的电磁波。行星既能遮挡这些电磁波，也能反射电磁波。射电望远镜会提供很多超越“看见”的信息。
人类运用了如此之多的手段去观测系外行星，如果把逻辑反过来说，就是系外行星为人类提供了无比宏大的实验室，验证和探索我们对这个世界的基本认识。诚然， 人类无法干预这个实验室的运行，就像历史学也无法做实验一样。但人类可以通过足够多的史料来总结历史规律，也可以通过观测足够多的星体来弥补被动观测的不 足。我们能看到多少星呢？
全天肉眼可见几千颗星，但只要拿起一副最简陋的双筒望远镜，这个数字立刻暴增到几万颗。几千块钱的望远镜可以让你观测几百万星体，专业的天文台就必须用“亿”来描述自己的观测对象。至于人类现在到底能看到多少颗星星，这个数字无法回答，但至少也得用千亿来衡量。
如此之多的星体，即便大多数是平淡无奇、彼此相像的主序星（像太阳这样的中年恒星）和红矮星，但只要有足够的耐心去逐个分析，总能找到符合特殊要求的“实 验对象”，为人类提供各种极端状态的实验条件。开普勒望远镜只工作了几年，就找到了几百颗系外行星，其中绝大多数“恰巧”正好可以挡在恒星和地球之间。这 说明只要观测的对象足够多，小概率事件也是必然事件。
天文学这个宏大实验室对物理学的贡献不可低估。习近平在演讲中特意提到过：“天文学与其他学科交叉融合实现的每一次重大突破，都对基础科学乃至人类文明进步带来现实的和长远的深刻影响”。 这话说的不错，爱因斯坦的广义相对论、牛顿的力学定律和万有引力公式都是通过天文学观测得到验证的。否则的话，人类不可能找到恒星那么大的引力源去偏折光 线，牛顿时代也无法找到标准化的实验工具来建立现代物理学体系。被写进物理课本的基尔霍夫（基尔霍夫电流定律）曾通过光谱分析出太阳大气的构成元素，被人 调侃“你知道太阳上有金子又如何？能挖到么？”，转眼他就因为光谱分析方面的研究获得了金质奖章——对于全人类的科技进步来说，天文学提供的实验案例是用 黄金也换不到的“富矿”。所以，不必奇怪，就在我几百米外的上海交通大学，物理系的全名是“物理与天文系”。
银河系的角落
当然，必须承认，从天文学中获得新的物理定律，并应用于工业的概率并不是很高。更多的情况下，我们只是反复在天文观测中应用、验证已有的定律。但这依然很 重要。在几千几万光年之外，用不同的观测手段互相印证，我们会得到一个重要的事实——我们熟识的大多数物理、化学等定律在遥远的星系也适用，也能互相配 合。
这样的验证似乎是画蛇添足——物理定律为何会在其他星系有所不同？但我们务必记得，我们的科学体系是在太阳系这个小小角落发展起来的，作为科学体系基础的 测量大多数只局限于地球，如果不去进行天文观测，没有理由认定宇宙各处的自然规律相同。实际上，在历史上的大多数时间里，大多数人类相信地球（或者说大 地、人间）是一个特殊的地方，是神为人类特意设计的生存空间。大多数宗教都认为日月星辰环绕地球运转，自然规则会配合人间的重大事件而出现变革。就算上有 天堂下有地狱，就算人奈何不了鬼神，这个宇宙也是以人类世界为中轴线而运行。
图3 地心说意味着地球是宇宙的中心，人类是上帝的宠儿
然而哥白尼打掉了人类和教会的傲气。尽管哥白尼还想象不了远方的繁星也是一个个太阳，但他正确地指出，如果要用最简单、最准确的模式来描述天体运行（限于 当时能观测轨迹的行星和太阳），认定所有行星都围绕太阳是最合适的方式。地球一下子从宇宙的中心降为普通的行星，这意味着创造世界（也就是地球）的上帝也 没什么了不起，更意味着物质聚集成行星是普遍规律，我们未必需要一个上帝把地球捏出来。所以教会惊慌失措，对乔尔丹诺·布鲁诺这样的日心说异端处以火刑。 保守的主教们认为，保卫地心说就是保护人类在宇宙中的特殊地位，就是保卫神和教会的世界。因为天文学观测会对人类从更高、更客观的角度认识自身，进而用理 性驱除迷信、改造人类社会。所以宁可烧活人也不能让日心说自由传播——历史证明教会的担心是对的。
今天已经没有宗教法庭了，大多数受过教育的人都知道地球是太阳系中的一颗普通行星，太阳是宇宙中的一颗普通恒星。但这只是理性上的“知道”，而不是心底里 的“承认”。在日常生活中，我们绝大多数人生活在地面上，除了个位数的宇航员，所有人都生活在大气层之内，就算是1969年有人在月球上踩了脚印，至今也 没有活人能脱离地球的引力控制范围（之所以限定活人，是因为“新视野号”搭载了冥王星发现者的骨灰）。这种生活感受会不断地暗示每一个人，告诉我们地球是 宇宙的中心。前几天一个来自David Foster Wallace的毕业典礼演讲视频很火，里面有一段话描述了类似的暗示和错觉。
“我来举个例子，说一件我总是下意识坚信的错事吧：我人生里所有的 经历都证实着我的一个坚定的信念，那就是，我，是宇宙百分百的中心；是全世界最鲜活、最重要的人物。我们很少去思考这种自然而基本的自我中心论，因为这听 起来太欠揍了。但我们都是这么想的。这是我们的系统默认思考方式，从出生开始就根植在我们的脑子里。你想想：我们所有的经历都是以我们自己为中心的。你眼 中的事物，总是在你的面前，你的背后，你的左边或者右边，在你的电视上或者你的主机里，诸如此类。其他人的思想可以传递到你那里，但只有你自己是如此的鲜 活、真实、瞬息万变。”
与之类似，人类考虑问题的时候，也往往默认我们的世界、我们的科学都局限于这个小小的地球，默认这个世界和人类文明是一个特殊的地方，其存在和某些特定的 习俗和道德有关，把人类文明的某些特性看成不容置疑的宇宙真理，乃至与敢于用人类的情感和力量去挑战真正的自然规则。所以这个世界上才充斥着那么多的极端 主义，所以总有一些人觉得自己得到了神的眷顾，理应高人一等，比别人更有权利替全社会做决定。这都是人类观察人类社会的视角局限于人类社会内部的结果。
这个时候，天文观测可以帮助人类清醒一点——在几千光年外也成立的自然规则，绝不会是专门为人类所设，上帝如果一定要给人类设计一个家园，也没必要去规范 其他星系的运行模式。所以最合理的解释就是：“我们的世界只是宇宙一个普通角落”。如果相信人类文明的出现和灭亡对宇宙来说都不是什么大事儿，人类应该会 更不卑不亢地尊重客观规律，会在日常生活中多一些宽容和理性，少一些无谓的偏执。用几十年前常用的一个说法描述这件事，就是：“天文学让人类远离唯心主 义，接受唯物主义”。
天是红河岸
在可以想象的所有天文学进展中，对人类冲击最大的成果莫过于发现另一个文明。即便我们无法从其他文明获得技术信息，即便人类无法和他们建立联系，但只要知 道另一个宇宙文明的存在，人类社会的受教育群体就会自然而然地获得一个新视角——在人类社会之外观察人类社会。很难想象这对整个社会受教育阶层的思考方式 会造成多么大的影响。我们可以在历史上寻找一下参照物。
19世纪达尔文提出进化论，剥夺了人类的特殊地位，宣布人类并不是特殊的生物，只是进化树上的诸多猿类的一种，这在神权残余浓厚的欧洲引发了政治思想的滔 天巨浪。即便在遥远的中国，严复翻译了达尔文的老朋友赫胥黎的演讲稿，名为《天演论》，被康有为和梁启超读到，成为戊戌变法的重要诱因。毛泽东、鲁迅等人 都表示这本书颠覆了自己的世界观，以至于读起来手不释卷。如果天文学观测能证明另一个文明的存在，让所有人的潜意识都承认到地球生物圈乃至人类文明只是宇 宙中一种正常的偶然现象。恐怕整个社会学、政治学理论都会受到不亚于进化论的冲击。刘慈欣在《三体》中为探索外星文明的“红岸基地”写了一份立项申请书， 并代拟了毛泽东的批示。从进化论的片段对中国社会的冲击来看，这份虚拟的文件的确有逻辑基础，并非只为烘托特殊年代的气氛：
……寻找外星文明：这是所有技术突变的可能性中变数最大的领域，极有可能产生突然性的巨大突破，该领域的技术突变一旦发生，其影响力将超过以上三个领域技术突变的总和……
……百忙之中下一步闲棋是很有必要的，这个工程让我们想到很多以前没空想的事。这些事只有站到一个新的高度上才能想得通，就这点而言。红岸已经具有很大的意义了。如果宇宙中真的还有其他的人和社会，那也很好嘛，旁观者清，千秋功罪，可真的有人评说了
开普勒望远镜正是在寻求红岸基地企图制造的“突变”。虽然我们不知道1400光年外的天鹅座Kepler 452b上是否有文明或者生命，但至少我们知道和地球相似的行星并不需要上帝眷顾才能产生，知道其他恒星周围的尘埃盘也会制造另一个地球。这是人类寻找外 星文明的路上坚实的一小步。为此付出6亿美元看似昂贵，但和整个地球80万亿美元的GDP总量相比，我觉得还是太少了一点。
图4 红岸基地网友想象图
我当父亲已经很多年了，这期间，我的同学、朋友也纷纷结婚生子。通过观察这些孩子的成长，我发现可以从儿童行为上清晰地区分他（她）是否上过幼儿园。一般 来说，上过幼儿园的孩子比没上过幼儿园的孩子更懂得合作，更容易接受谈判，更愿意理性地考虑问题。即便没上幼儿园的孩子更大、发育更成熟也往往如此。而且 大城市的幼儿园和农村的简陋托儿所都能造成类似的效果。
这意味着幼儿园教给孩子什么知识并不重要，重要的是让儿童离开被单独照顾的家庭，进入一个和同龄人平等交往的多人环境。在新环境里，他可能会打架，可能会 不适应，但无论如何，他会懂得世界上不只有一个孩子，自己不是一个特殊的被照顾对象。这迫使他用理性思维来考虑问题，把自己当成一个群体的普通成员，用努 力和恰当的交换去追逐自己的目的，而不是哭闹和撒娇。从个人的角度说，多人环境“治愈”了独生子女的“极端主义”。如果不需要付出太昂贵的代价，我建议现 代父母应该尽早送子女去幼儿园。
当读到刘慈欣关于红岸基地的描述时，我意识到人类作为一个整体，也正在处于“独生子女儿童”的状态。所以我们编造了各种宗教，设计了各种各样的神，向人类 施加各种各样虚拟的宠爱，以巩固人类生活于宇宙中心的幻象。这样的幻象曾经有助于维护一个停滞的社会，但无助于解决人类发展的问题。对人类来说，天文学非 常重要的一项作用就是戳破这个幻象，向我们展示其他地方也有“儿童”或是存在产生“儿童”的可能性。这或许无法立刻改变人类生活的硬件，但可以提供一个非 常有用的思考方式：“解决问题的时候，不要把自己当宇宙的中心”。仅仅为了这个目的，寻找无法移民的“另一个地球”就非常值得。
本文系观察者网独家稿件，文章内容纯属作者个人观点，不代表平台观点，未经授权，不得转载，否则将追究法律责任。关注观察者网微信guanchacn，每日阅读趣味文章。