演化 宇宙 人 202 10460 物理系 侯維恕 第 6 單元：宇宙 2 生命與自覺意識. 開場：創世可以有所不同嗎？ 第一段：從大爆炸到生命圈 1. 行星與恆星 2. 生命與自覺意識 3. 原子、星星、銀河 4. 銀河之上 5. 銀河系之前 6. 黑洞與時光機 第二段：起初與末了 1. 減速抑加速？

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1 演化 宇宙 人 202 10460 物理系 侯維恕 第 6 單元：宇宙 2 生命與自覺意識

2 開場：創世可以有所不同嗎？ 第一段：從大爆炸到生命圈 1. 行星與恆星 2. 生命與自覺意識 3. 原子、星星、銀河 4. 銀河之上 5. 銀河系之前 6. 黑洞與時光機 第二段：起初與末了 1. 減速抑加速？ 2. 很久以後： 3. 事情的起頭 ― 頭一毫秒 第三段：基要與臆測 1. 穹蒼與微觀世界 2. 多重宇宙與人本論證 已獲作者同意爲授課做中文翻譯 Our Cosmic Habitat Paperback, 224 pages Princeton University Press (2003) 自己組織起來去買 已獲作者同意爲授課做中文翻譯 本作品由 Princeton University Press 同 意課程：演化、宇宙、人使用，本資料 庫亦無再授權他人使用之權利，您如需 利用本作品，請另行向權利人取得授權。

3 2. 生命與自覺意識  生命的或然性 Pale Blue Dot ；火星； Cassini 任務與泰坦  布如諾的夢想：外星智慧  異類「生命」？  星際對話  人類的向外遨遊？ I. 從大爆炸到生命圈 I. 從大爆炸到生命圈 Anybody out there ? 太陽系内

4 生命的或然性 有其他地球嗎？ 地球號太空船 月世界 NASA

5 天上宮闕：觀「龍珠躍玉兔」 Pale Blue Dot 1990 年航海家 1 號 (Voyager 1) 自 60 億公里外所攝之地球。 我意識到我立身在一顆 小小的圓石頭與金屬上， 外披水與空氣的薄紗， 迴旋在陽光與黑暗中。 而在這小顆粒的表面， 一群群的人類，代復一代， 在勞苦與盲目中過活， 有著間歇的喜樂及斷續 的清醒。而他們所有的 歷史：民族的流浪、帝國 的興衰、百家的哲學、 傲人的科學、社會的革命、 對大同日增的渴望， 只不過是眾星生命裡 一天中的一閃而已。 阿波羅計畫所攝 Olaf Stapledon, “Star Maker” http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pale_Blue_Dot.png NASA

6 1990 年航海家 1 號 (Voyager 1) 自 60 億公里外所攝之地球。 從十光年外看呢 ? 太陽光線之鏡頭反光 需要「地球型行星搜尋者」 ▶ 藍色深淺隨 洋 / 陸 比而變 ▶ 亮度隨季節變換 光是能看到其他地球，就可 推斷它一天的長短、氣候、 甚至粗略的地形 ▶ 光譜  推斷大氣成分 ▶ 若存在臭氧  存在氧氣, 大概有生命圈 (Biosphere) … 「地」有陰晴圓缺 另一個蘊藏著生命的世界 存在的可能性有多少？ 我意識到我立身在一顆 小小的圓石頭與金屬上， 外披水與空氣的薄紗， 迴旋在陽光與黑暗中。 而在這小顆粒的表面， 一群群的人類，代復一代， 在勞苦與盲目中過活， 有著間歇的喜樂及斷續 的清醒。而他們所有的 歷史：民族的流浪、帝國 的興衰、百家的哲學、 傲人的科學、社會的革命、 對大同日增的渴望， 只不過是眾星生命裡 一天中的一閃而已。 Olaf Stapledon, “Star Maker” Pale Blue Dot 台大物理系 侯維恕 NASA

7 ▶ 大概有過河 ▶ 或許 20 億年前有過大洋 ▶ 目前除了南北極冠  無水 ▶ 許多探測器飛越、著陸 無生物證據  無生物證據 http://www.nasa.gov/centers/goddard/images/content/182965main_TharsisMontes_l gweb.jpg http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mars_Valles_ Marineris-Edit-MichaLR.jpg Valles Marineris 水手峽谷 攜回樣本攜回樣本 鑽 飛 Ascraeus Mons Pavonis Mons Arsia Mons Olympus Mons 高 27 km NASA

8 自己跑來的樣本 : 1984 年南極洲 1 號隕石 1.93 kg 發現於 Allan Hills ▶ 大約 1600 萬年前因隕石撞擊離開火星 ▶ 大約 13000 年前墜落地球 “ Today, rock 84001 speaks to us across all those billions of years and millions of miles. It speaks of the possibility of life. ” 柯林頓總統, 1996 年 8 月 7 日 電子顯微鏡： nanobacteria ？ 還有爭議 NASA

9 自土星背面, 離地球 ~ 1.4 光時 2006 年,Cassini 探測船所攝 “Pale Blue Dot” 在哪裡 ? (~ New World Mission 的方法 ) 10/15/1997 發射, 2004 年到位 泰坦 alan taylor 在此：以土星遮陽 Huygens 探測器 NASA

10 藉助金星、地球與木星之重力，「甩」向土星 泰坦 (Titan) 上有「海」：甲烷海 Huygens 降落泰坦想像圖 看來無生命徵兆 2005 年 1 月傳回表面照片 Huygens 泰坦 What is this? NASA

11 NASA/ESA 計畫送出兩個探測船， 在 ~2020 研究木星, 最終分別環繞 Ganymede ( 左下 ) 及 Europa ( 右上 ) 泰坦有甲烷海，但目前為止仍無生命跡象 … 只要我們仍只是知道自己的生命圈， 我們就不能排除地球上的生命是 一連串極為不尋常的事件所衍生 假若生命在我們自己的太陽系內 發生過兩次，就不可能純屬僥倖 Callisto Io Europa Ganymede 伽利略發現的四顆木星衛星 NASA/JPL NASA/JPL/DLR

12 布如諾的夢想：外星智慧

13 羅馬 Campo di Fiori 的 Giordano Bruno 銅像， 1600 1600 年 2 月 17 日他在此被宗教審判送上火刑架 「有無數的星座、太陽及行星；我們只看得到眾太陽，因為它們放光； 行星因為又小又暗，所以是看不見的。還有無數的地球，各自繞著 自己的太陽；和我們自己的球體比，並沒有好與壞的差別。」 《關於無限宇宙與諸世界》,1584, Giordano Bruno ，道明會的修士 Sputnikcccp

14 我們仍無法判斷地球之外的 「自覺意識」 (intelligence) 存在的可能性有多少。 兩大生物問題 ▶ 生命是怎麼開始的？ ▶ 即使簡單生命存在，要發展成 「自覺意識」，機會有多大？ 地球的例子 簡單生命似乎很快便出現了，但 ~ 30 億年才有最基本的多細胞生物登場 複雜生命門檻很高 (?) N.B. 如果恐龍沒有滅絕，導致人類出現的哺乳類演化恐怕在還沒有開始前就擰熄了 (?) 智慧 ? 自覺意識 自覺意識 ? 地球冷卻後約一億年 iank14

15 Brownlee & Ward: “Rare Earth Hypothesis” vs S. Conway Morris: “Evolutionary Convergence” 我們仍無法判斷地球之外的 「自覺意識」 (intelligence) 存在的可能性有多少。 「 … 儘管生命是如此的豐富多樣，它卻是十分受約束的， 以至於我們在地球上所看到的，絕不是什麼窮鄉僻壤或者 區域性動物園，更不是個怪物展覽會 … 如此強的侷限 戳記，傳達出的不只是我們在地球上所見的可預測性， 也可引伸到地球之外。」 兩大生物問題 ▶ 生命是怎麼開始的？ ▶ 即使簡單生命存在，要發展成 「自覺意識」，機會有多大？ 本作品由貓頭鷹出版社同意課程：演化、宇宙、 人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利， 您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。 Amazon.com 。本作品轉載自 http://www.amazon.com/Rare-Earth-Complex- Uncommon-Universe/dp/0387952896 ，瀏覽日期 2012/07/10 。 依據著作權法第 46 、 52 、 65 條合理使用。 http://www.amazon.com/Rare-Earth-Complex- Uncommon-Universe/dp/0387952896

16 異類「生命」？ 外星人的體魄將直接反映提供他們居所的行星家園 e.g. ▶ 氣球般的生物，漂浮在濃密的大氣中 ▶ 在重力強的大行星上，昆蟲般大小

17 Aleksander Wolszczan - 1990 發現波霎 PSR B1257+12 ( 週期 6.219 ms) - 1992 從週期異常 ( 都卜勒 ) 推論 兩顆 ~ 地球質量之行星 - 1994 推論第三顆 << 地球質量行星 首次發現的太陽系外行星：伴隨中子星 ( 波霎 pulsar ) 波霎 ( 中子星 ) 是什麼？ extrasolar planet 或 exoplanet Arecibo 305 米電波望遠鏡 ( 康乃爾操作，位於波多黎哥 ) NASA

18 《宋會要》：「至和元年五月晨出東方，守天關， 晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日。」 《宋史 · 天文志》：「宋至和元年五月己丑，客星 出天關東南可數寸，歲餘稍末。」 範圍： 11 光年 距離： 6500 光年 位置：金牛座 Crab Nebula 用哈伯 ( 可見光 ) 與 Chandra (x 光 ) 太空望遠鏡 的合成照 每秒 33 次的「燈塔」 ~ 1.5 太陽質量塞在 10 公里半徑； 超新星 超新星爆炸餘燼 一顆「超大原子核」 蟹狀星雲 中子星 請看 http://www.youtube.com/watch?v=0J8srN24pSQ Filip Lolić Mysid Chandra x 光太空望遠鏡 NASA

19 Arecibo 305 米電波望遠鏡 ( 康乃爾操作，位於波多黎哥 ) Aleksander Wolszczan - 1990 發現波霎 PSR B1257+12 ( 週期 6.219 ms) - 1992 從週期異常 ( 都卜勒 ) 推論 兩顆 ~ 地球質量之行星 - 1994 推論第三顆 << 地球質量行星 首次發現的太陽系外行星：伴隨中子星 ( 波霎 ) 波霎 ( 中子星 ) 是什麼？ extrasolar planet 或 exoplanet 以波霎週期為鐘，類似都卜勒效應 比較可能是原伴隨行星 NASA

20 Aleksander Wolszczan - 1990 發現波霎 PSR B1257+12 ( 週期 6.219 ms) - 1992 從週期異常 ( 都卜勒 ) 推論 兩顆 ~ 地球質量之行星 - 1994 推論第三顆 << 地球質量行星 extrasolar planet 或 exoplanet 不可能！ 以波霎週期為鐘，類似都卜勒效應 原伴隨行星上的生命能在超新星爆炸倖存嗎？ 而且導致超新星的星球太短命 … 50 億年後地球上的生命能倖存嗎？ 外太空的「人為訊號」可能發自 超級聰明但不見得有意識的電腦 首次發現的太陽系外行星：伴隨中子星 ( 波霎 ) 中 途 約 45 億歲 紅巨星 白矮星 NASA 台大物理系 侯維恕 NASA

21 中子星上可有生物嗎？ 生命基礎：核力，不是一般化學 異類「生命」？ 他說： [I]t is most unusual to find animals with technical skills inhabiting planets, which are in the nature of extreme outposts of life... Living on the surface of a solid body, you are exposed to a strong gravitational force. This greatly limits the size to which your animals can grow and hence limits the scope of your neurological activity. It forces you to possess muscular structures to promote movements, and... to carry protective armour... [Y]our very largest animals have been mostly bone and muscle with very little brain... By and large, one only expects intelligent life to exist in a diffuse gaseous medium... The second unfavourable factor is your extreme lack of basic chemical foods. For the building of chemical foods on a large scale starlight is necessary. Your planet, however, absorbs only a very minute fraction of the light from the Sun. At the moment, I myself am building basic chemicals at about 10,000,000,000 times the rate at which building is occurring on the whole... surface of your planet. 「活的」星際氣雲  極小、極快；幾年就可演化 自覺意識 一團龐大的星際氣雲，偶然闖進了太陽系，並把太陽 與地球隔開，引起地球上空前的大災難。一群科學家 奮力建立一個研究基地，終於發現那團氣雲原是一具 有高超智慧的極特殊生命形式。一名科學家以無線電 波致力與這黑雲建立通訊。最後，氣雲終於離開了， 地球也從浩劫中復蘇。雖然那氣雲極想幫助地球上的 人類，並企圖傳授它所擁有的大量知識，但由於智力 差太遠，心靈太不同，實在難以溝通。而那位企圖與 黑雲建立通訊的科學家，終於心力交瘁，瘋狂而死。 頭足類用全身思考 SUBnormali Team 自覺的海豚 Cayusa

22 星際對話 宇宙 ( e.g. 銀河 ) 可見的大小及年齡 應容許許多高度發展的外星文明。 但這個假說似乎與觀測證據的缺乏相矛盾。 Fermi’s Question: “Where are they?” 但我們還是得找！ 1. 假設不成立 ? 2. 觀測不完整 ? 3. 方法不正確 ?

23 跑 SETI@home BOINC 軟體的銀幕 “Grid Computing” @ Mountain View, California SETI: Search for ExtraTerrestrial Intelligence http://setiathome.ssl.berkeley.edu/ Anyone can download/run 目前已 500 萬人參與 Allen Telescope Array Jcolbyk Colby Gutierrez-Kraybill

24 地球還有 50 億年 … 費米問題的相反  人類可以以地球為種子， 播散到全銀河系 但 “Judging from the past, we may safely infer that not one living species will transmit its unaltered likeness to a distant futurity.” Charles Darwin 瓶 頸 彗星撞地球 恐怖活動、 人為疏失、 環境災難 台大物理系 侯維恕

25 人類的向外遨遊？ 必須要降低成本、變成冒險家園地 建立可獨立生活的太空社群買保險 ― 避免滅絕 JULY 20, 1969 NASA

26 “I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth.” 5/25/1961 John F. Kennedy Arthur C. Clarke, 1968 ( Stanley Kubrick 導演 ) 國際太空站 ― 未獲好評 必須要降低成本、變成冒險家園地 “ 超強競賽 ” NASA 曾經構想 NASA

27 人類的向外遨遊？ 必須要降低成本、變成冒險家園地 建立可獨立生活的太空社群保險 ― 避免滅絕 3/25/2009 任務 ― 綠化銀河 我們還有 50 億年！ NASA

28 版 權 聲 明 頁版 權 聲 明 頁

29 作品 授權條件 作者 / 來源 本作品由 Princeton University Press 同意課程：演化、 宇宙、人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利， 您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。 Princeton University Press 網址： http://press.princeton.edu/ http://press.princeton.edu/ NASA http://en.wikipedia.org/wiki/File:Earth-moon.jpg 20101112 visited 我意識到我立身在一顆小小的 圓石頭與金屬上... Olaf Stapledon, “Star Maker ” (Methuen Publishing, 1937) JAXA http://www.jaxa.jp/press/2008/04/20080411_kaguya_e.html 20101112 visited NASA http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pale_Blue_Dot.png 20101112 visited NASA http://en.wikipedia.org/wiki/File:The_Earth_seen_from _Apollo_17.jpg 20101112 visited Cosmos 2

30 作品 授權條件 作者 / 來源 台大物理系 侯維恕 2010 Nov. Calvin J. Hamilton http://www.solarviews.com/cap/mars/tharsism.htm 20101112 visited NASA http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mars_Valles_M arineris-Edit-MichaLR.jpg 20101112 visited Allan Treiman http://www.lpi.usra.edu/science/treiman/greatdesert/w orkshop/poster1/index.html 20101112 visited NASA http://www.jpl.nasa.gov/missions/missiondetails.cfm? mission=MER 20101112 visited NASA http://www.nasa.gov/centers/langley/news/researchern ews/rn_proposalselection.html 20101112 visited Cosmos 2

31 作品 授權條件 作者 / 來源 NASA http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Deep- drill_Lander.jpg 20101112 visited NASA http://en.wikipedia.org/wiki/File:MSR- Artist_Concept.jpg 20101112 visited NASA http://en.wikipedia.org/wiki/File:ALH84001.jpg 20101112 visited Lunar and Planetary Institute http://www.lpi.usra.edu/lpi/meteorites/life.html 20101112 visited NASA http://en.wikipedia.org/wiki/File:ALH84001_structures.j pg 20101112 visited Today, rock 84001 speaks to us … Bill Clinton (1996) Cosmos 2

32 作品 授權條件 作者 / 來源 NASA http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Saturn_eclipse.jpg 20101112 visited NASA http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08324 20101112 visited NASA http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cf m?imageId=613 20101112 visited Alan Taylor http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Titan_(Mond)_( 8621291).jpg 20101112 visited NASA http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cf m?imageId=623 20101112 visited NASA http://cassini-huygens.jpl.nasa.gov/mission/gravity- assists.cfm 20101112 visited Cosmos 2

33 作品 授權條件 作者 / 來源 NASA http://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/multimedi a/pia09184_prt.htm 20101112 visited NASA http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cf m?imageId=628 20101112 visited NASA http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2005 -024 20101112 visited NASA http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cf m?imageId=1310 20101112 visited NASA/JPL http://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/2009 0218.html 20101112 visited NASA/JPL/DLR http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00600 20101112 visited

34 作品 授權條件 作者 / 來源 Sputnikcccp http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brunostatue.jp g 20101112 visited 有無數的星座、太陽及行星； 我們只看得到眾太陽，因為它 們放光 … Giordano Bruno, 《關於無限宇宙與諸世界》 (1584) iandk14 http://www.flickr.com/photos/iank14/2091941730 20101112 visited Amazon.com 。本作品轉載自 http://www.amazon.com/Rare-Earth- Complex-Uncommon-Universe/dp/0387952896 ，瀏覽日期 2012/07/10 。 依據著作權法第 46 、 52 、 65 條合理使用。 http://www.amazon.com/Rare-Earth- Complex-Uncommon-Universe/dp/0387952896 本作品由貓頭鷹出版社同意課程：演化、宇宙、人使用， 本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本作 品，請另行向權利人取得授權。 National Oceanic and Atmospheric Administration http://en.wikipedia.org/wiki/File:Arecibo_Observatory.j pg 20101112 visited

35 作品 授權條件 作者 / 來源 Jacek 767 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Aleksander_Wolszcza n_(2007).jpg 20101112 visited NASA http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ssc2006- 10c.jpg 20101112 visited Filip Lolić http://commons.wikimedia.org/wiki/File:M1_RRGB.jpg 20101112 visited NASA http://apod.nasa.gov/apod/ap091025.html 20101112 visited NASA http://chandra.harvard.edu/resources/illustrations/craft Illustrations.html 20101112 visited NASA http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050326.html 20101112 visited Cosmos 2

36 作品 授權條件 作者 / 來源 Mysid http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pulsar_schematic.svg 20101112 visited NASA http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Neutron_star_c ross_section.jpg 20101112 visited 至和元年五月晨出東方，守天 關，晝見如太白，芒角四出， 色赤白，凡見二十三日。 《宋會要》 宋至和元年五月己丑，客星 出天關東南可數寸，歲餘稍末。 《宋史 · 天文志》 http://www.astro.psu.edu/users/alex/pulsar_planets_te xt.html 20101112 visited NASA/HEASARC http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/snr.html 20101112 visited Cosmos 2

37 作品 授權條件 作者 / 來源 台大物理系 侯維恕 2010 Nov. Del Rey Impact http://www.amazon.co.uk/Dragons-Egg-Del-Rey- Impact/dp/034543529X 20101112 visited Penguin Books http://www.daviddarling.info/encyclopedia/B/BlackClou d.html 20101112 visited SUBnormali Team http://en.wikipedia.org/wiki/File:Octopus_macropus.jpg 20101112 visited Cayusa http://www.flickr.com/photos/cayusa/457102432/ 20101112 visited It is most unusual to find animals with technical skills inhabiting planets… Fred Hoyle, The Black Cloud (Penguin Books, 1959) Cosmos 2

38 作品 授權條件 作者 / 來源 http://home.fnal.gov/~carrigan/pillars/Astrobiology_link.htm 20101112 visited http://en.wikipedia.org/wiki/File:E_t_the_extra_terrestri al_ver3.jpg 20101112 visited http://en.wikipedia.org/wiki/File:Contact_ver2.jpg 20101112 visited http://scienceblogs.com/SETI/contact.php 20101112 visited Jcolbyk http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ATA350- render.jpg 20101112 visited Colby Gutierrez-Kraybill http://commons.wikimedia.org/wiki/File:C_G-K_- _Allen_Telescopes_Soda_Blasting_(by).jpg 20101112 visited Cosmos 2

39 作品 授權條件 作者 / 來源 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SETI@home_ Multi-Beam_screensaver.png 20101112 visited http://setiathome.berkeley.edu/misc.php 20101112 visited http://www.amazon.com/Our-Final-Hour-Scientists- Warning/dp/0465068634 20101112 visited http://en.wikipedia.org/wiki/File:Deep_Impact_poster.jp g 20101112 visited http://en.wikipedia.org/wiki/File:Armageddon- poster06.jpg 20101112 visited NASA http://grin.hq.nasa.gov/ABSTRACTS/GPN-2001- 000013.html 20101112 visited Cosmos 2

40 作品 授權條件 作者 / 來源 http://en.wikipedia.org/wiki/File:2001_Space_Odyssey. jpg 20101112 visited I believe that this nation should commit itself to achieving the goal… John F. Kennedy (1961) NASA http://settlement.arc.nasa.gov/70sArt/art.html 20101112 visited NASA http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_f eature_1314.html 20101112 visited http://oceania.org/mall/millimag.html 20101112 visited NASA http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/shuttle/sts- 119/html/s119e010500.html 20101112 visited Cosmos 2