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“科學牆”

   安德魯·多爾博士

BSC（榮譽）MBG CPGS DPhil Cantab

我的名字是 Andrew Doré 博士，我很高興將被稱為“科學牆”的東西拼湊起來。通過貿易，我是遺傳學家、分子生物學家、生物學家、生物化學家、藥物獵人、X 射線晶體學家和粒子物理學家。

在過去的 23 年裡，我一直從事生物醫學研究，並且有幸在世界各地的皇家學會研究員的實驗室工作，從我攻讀博士學位的劍橋，到倫敦和波士頓，在一段相當長的旅程中我現在找到了自己。我曾在世界各地的會議上就我的研究發表主題演講和全體會議，並將該研究發表在所有頂級期刊上……然而，就像這裡的每個人一樣，我仍然對宇宙的複雜性、機制和運作著迷，我們自己的世界和我們自己的身體到亞原子尺度......以及古老的問題 - 這一切的意義是什麼，我們為什麼在這裡？

所以我第一次對科學哲學產生興趣是在 17 歲，我記得我從我就讀的羅馬天主教學校借了一本書，作者是 Jacques Monod（法國著名的科學生物化學家，1965 年獲得諾貝爾獎——眾所周知，他是廣泛的圖片在他的實驗室裡享受抽煙的樂趣——這與我的第一位教授沒什麼不同），無論如何這本書的標題是——機會與必然性。

我認為在大學周圍閱讀科學哲學書籍會很酷！我幾乎不知道我拿起的那本書是至少在我自己心中點燃了火的火花。 讓我為您讀一讀最著名的名言之一……

古老的盟約已成碎片；人類終於知道，在無情的浩瀚宇宙中，他是孤獨的，而他只是偶然地從中出現。他的命運無處明確，也沒有他的職責。上面的王國……或下方的黑暗：由他選擇。

我記得我讀得很清楚，起初我被它震撼了，“沒錯，機會是萬能的”“確實進化是萬能的”——

然而，我在實驗室和世界各地的加速器光束線的實際水平上看到和經歷的越多，我所沉浸的所有新興研究，以及過去 20 年來科學的驚人進步，它變得越來越明顯，在我的腦海裡幾乎是惱人的瑣事，如此復雜的生活肯定不能只是隨機機會的產物......無論多麼強大的純粹機會......

……如果是的話，為什麼我們沒有接觸到與我們自己的生物圈和地球相似的複雜生命，這個宇宙是一個 930 億光年寬、包含 1000 億個星系的可觀測宇宙，更不用說存在的恆星、太陽系和行星的數量了在那些星系中。

先驅天文學家瑪麗亞·米切爾 1854 年在她的日記中寫道：“學問的世界如此廣闊，而人類的靈魂力量如此有限！我們伸出手，繃緊每一根神經，“但我們只抓住了一小部分將無限隱藏起來的帷幕。”

生命的意義確實被一些歷史上最偉大的思想家思考過……

....對於卡爾薩根來說，這是關於我們在宇宙中的重要性；

....對於安妮迪拉德來說，關於居住無常；

....對於 Anaïs Nin，關於生活和與他人的關係“就好像他們明天可能不在那裡一樣”

......對於亨利米勒，關於未知的催眠術

....對於列夫·托爾斯泰來說，關於尋找知識來指導我們的生活

....對於大衛福斯特華萊士，關於學習如何保持真正的意識

然而，理查德·費曼 (Richard Feynman) 在“尋找事物的樂趣”一書中對這種感覺和觀念的描述或捕捉最為恰當，他是另一位諾貝爾獎獲得者和美國物理學家，於 1988 年去世。 生於 1918 年 5 月 11 日。

理查德·費曼被廣泛認為是有史以來最傑出的科學家之一——也許除了他的母親露西爾，她曾經，也許只有母親才能，開玩笑地說：

“如果那是世界上最聰明的人，上帝會幫助我們”……但事實上，他曾經謙遜地喜歡在聚會上吹噓自己的智商只有 125，但仍然達到了現在的水平！  …… 這是他最著名的名言之一：

那麼，這一切的意義是什麼？我們能說些什麼來驅散存在的奧秘？

如果我們把一切都考慮到，不僅是古人知道的，還有我們今天知道的他們不知道的，那麼我認為我們必須坦率地承認我們不知道。

但是，在承認這一點的同時，我們可能已經找到了開放的渠道。

然而，大部分沒有引用的是在此之前的段落：

古往今來，人們一直試圖理解生命的意義。他們已經意識到，如果可以為我們的行為賦予某種方向或意義，就會釋放出巨大的人類力量。因此，對於這一切的意義問題，肯定已經給出了很多答案。但它們的種類各不相同，一個答案的支持者驚恐地看著另一個答案的信徒的行為。

恐怖，因為從不同的觀點來看，種族的所有巨大潛力都被引入了一個虛假而封閉的死胡同。事實上，正是從錯誤的信念所造成的巨大怪物的歷史中，哲學家們才意識到人類表面上無限而奇妙的能力。夢想是找到開放的渠道。

我相信這更重要。開放的渠道、答案、意義，以及所有將我們作為一個種族分開的東西？我相信這既在於我們存在背後的微妙物理學，也在於宇宙的物理學以及我們生活並稱之為家的令人難以置信的獨特星球上生命的進化。我現在相信這一切都不是純粹的機會，它不可能是，證據太多了。

引用阿爾伯特·愛因斯坦的話 ：                  

沒有宗教的科學是跛腳的，沒有科學的宗教是盲目的    

因此，讓我們詳細研究一下，我到底在說什麼……現在從時間的黎明開始，將您的思緒回溯到 138 億年前，回到我們宇宙的創造。

這裡的每個人都會熟悉大爆炸理論——但問問自己這究竟意味著什麼？

所謂的大爆炸，或我們宇宙的創造，理論上是從一個具有巨大引力比例的奇點開始的。在你的腦海中，把它想像成一個小小的 LED 燈，在像皇家阿爾伯特音樂廳這樣的黑暗劇院中間，我們看不到它的邊緣，無論出於何種意圖和目的，它們都是無限的。

一個單一的實體被“設置”了這樣的順序（或熵），以至於它爆炸並在這個劇院（空間和時間）中僅分佈了兩種元素，它們是氫和氦。令人驚訝的是，只有這兩種元素以如此有序的方式分佈，才能產生我們現在在宇宙中看到的非凡的美麗和多樣性。

然而，真正的美在於精確，不僅在於這兩種元素在我們宇宙中的分佈，而且在於它們的質量。這就是我現在將開始介紹“微調”概念的地方——或者像以前所知的“智能設計”。

必須微調質子質量和中子質量之間的差異才能使生命成為可能。如果一個中子的質量比它的質量多七分之一，那麼像我們能看到的大多數恆星那樣的恆星就不會存在。如果中子質量比現在小 0.085%，那麼宇宙將充滿中子，而沒有其他任何東西。質子和中子沒有理由應該有它們的質量。

引用無需介紹的斯蒂芬霍金：

值得注意的事實是，這些數字的值似乎經過了非常精細的調整，以使生命的發展成為可能……例如，如果電子的電荷僅略有不同，則恆星將無法燃燒氫氣和氦氣，否則它們不會爆炸。很明顯，允許任何形式的智能生命發展的數字值範圍相對較少

核科學家以數百萬電子伏特 (MeV) 為單位測量質子和電子的質量。如果這是不熟悉的，重要的是不要被它分心。 MeV 是方便的單位。我們也可以使用任何其他單位——例如千克，甚至盎司。真的沒關係。論點是一樣的。

嚴格來說，電子伏特是一個能量單位，但正如愛因斯坦的名言，質量和能量是等價的，通過 E = mc2，所以使用能量單位來測量質量不是問題（反之亦然，如果你是這樣的話）傾斜）。

原子由質子、中子和電子組成

質子和中子很重——它們幾乎承載了原子的所有質量，並且集中在原子核中

電子要輕得多，並且軌道在原子核周圍形成一團雲（一個非常薄的雲——大部分原子只是空的空間），這樣的軌道在我們地球繞太陽運行的方式中被複製。

所以質子帶正電，電子帶負電，中子不帶電。在中性原子中，質子數和電子數相同

基礎教科書有時會說質子和中子具有相同的質量。這幾乎是正確的 - 但不完全是，差異非常重要：

質子的質量為 938.27 MeV

中子的質量為 939.56 MeV

所以它們之間的區別很小：中子比質子重約 1.29 MeV。

現在，質子和中子為什麼應該只有這些質量沒有明顯的理由，但如果它們甚至略有不同.......我們不會在這裡。

正如我所說，宇宙中質子和中子的數量或多或少在大爆炸的最初幾分鐘內就已確定。 每 16 個質子就產生 100 個質子 中子。

因此，現在的氫比氦多——按質量計算大約是其三倍，如果算上原子，則是其十二倍。這很重要，至少有以下幾個原因：

如果沒有任何氫，就不會有水——我稍後會回到這一點......

在太空中尋找生命尋找可能有水的地方作為關鍵標誌之一。

恆星可以由氫或氦製成。但是由氫製成的恆星比由氦製成的恆星壽命長得多（數十億年而不是數億年）。 

科學認為，沒有時間讓複雜的生命圍繞只燃燒了幾億年的恆星演化。

'水和碳酸等關鍵生物溶劑將沒有氫氣可用，所有恆星都將燃燒氦氣，因此壽命很短。幾乎可以肯定，氦星不會有必要的長壽命核燃燒階段來鼓勵行星系統中生物生命形式的逐漸進化。 (Barrow & Tipler 1986:399)

氫在恆星中“燃燒”的關鍵反應涉及兩個質子碰撞並產生一個氘核—— 由質子和中子組成的粒子。該反應產生 1.42 MeV 的能量。如果中子的質量比它的質量大七分之一（即百分之七），則該反應需要將能量注入其中，而不是產生能量。這意味著恆星將無法燃燒氫。

今天在我們的宇宙中可以看到的恆星是不存在的。引用來自亞利桑那州立大學和耶魯大學的理論物理學家和宇宙學家勞倫斯克勞斯的話：

這真的是我所知道的關於物理學最富有詩意的事情：你們都是星塵。如果恆星沒有爆炸，你就不會在這裡，因為元素——碳、氮、氧、鐵，所有對進化和生命都很重要的東西——不是在時間開始時創造的。

這是很重要的一點，因為只有通過恆星燃燒和爆炸 數百萬和數十億年充當核爐，創造了地球上生命的複雜元素。這與為什麼我們都是由星塵創造的有關。您右手中的原子很可能來自與您左手不同的恆星，反之亦然。無論如何，他們不是在黎明時被創造的 時間

阿德萊德大學理論物理教授 Paul Davies 博士有一句名言：

真正令人驚奇的不是地球上的生命在刀刃上保持平衡，而是整個宇宙在刀刃上保持平衡，如果任何自然“常數”稍微偏離，就會完全混亂。你會看到，即使你認為人類是偶然發生的，但事實仍然是，宇宙似乎不合理地適合生命的存在——幾乎是人為的——你可能會說這是一份‘臨時工’。”

大量質子和中子偶然發生並因此維持生命和/或宇宙本身的機會與從可觀測宇宙的一側向另一側扔飛鏢並擊中直徑為毫米的目標一樣......引用弗雷德霍伊爾爵士的話，他雄辯地總結了這一切：

對事實的常識性解釋表明，管理者已經在物理學、化學和生物學上耍花招，並且自然界中沒有值得一提的盲目力量。我不相信任何檢查過證據的物理學家都會得出這樣的推論，即核物理定律是針對它們在恆星內部產生的後果而故意設計的。

漂亮的令人興奮吧？

……這是令人興奮的，但當我們看看我們自己的星球是如何形成的，以及我們自己的進化導致構成我們身體的細胞時，也許更是如此。

我們剛剛在大尺度（或宏觀尺度）上簡要地研究了宇宙及其創造的驚人而明顯的微調……但同時也在質子和中子的重量方面進行了非常小的尺度……。 現在讓我們看看我們自己的太陽系和行星的存在，包括地球，圍繞太陽運行，如果你願意的話，這是一個中間尺度。

那麼地球的年齡是 38 億年。我們在一個被稱為“金發區”的地區環繞太陽運行……從古老的童話故事來看，一切都完美地排列在正確的距離上，以便我們的地球能夠維持生命。 總而言之，粥的溫度恰到好處，不太稀也不太粘……

關於行星地球如何形成的一種可能理論是通過兩顆姊妹行星的災難性碰撞，這也導致了我們的月球。 這被稱為“巨大影響假設”。

忒伊亞（Theia）是太陽系早期假設的一顆古老行星，大約在 45 億年前與蓋亞相撞。最近的證據表明，忒伊亞起源於柯伊伯帶，這是一個環繞太陽系最外圍的岩石區域，很像冥王星，當忒伊亞被撞出軌道並開始向內移動時，它帶來了大量的地球水朝向太陽的引力，注定最終與蓋亞相撞。

然而，令人驚訝的是構成地球核心（鐵水）的元素、整體大小以及這兩顆行星碰撞後的冷卻速度。冷卻太快會導致行星沒有完整的磁極來抵抗太陽的輻射和太陽風，因此無法維持我們所知的生命。事實上，人們普遍認為這就是發生在火星上的情況，它太大而且冷卻得很快，由於缺乏保護性磁屏蔽，它失去了大氣層。當然，這之後它也注定要成為我們的救星。

大轟擊假說描述了柯伊伯帶中的一個大型岩石天體，很像忒伊亞，它打破了遠離太陽的軌道，但攜帶著許多其他小行星或岩石向內飛向太陽。它們以驚人的頻率撞擊火星，因為它像大哥一樣有效地拓寬了它的肩膀，並保護了地球免受這些岩石的侵襲。

據估計，在此期間，每平方米有 32,000 噸岩石撞擊火星，這使火星星球上存在生命或大氣層的希望破滅。當時或最近留下來的，或通過的，在月球上形成了我們今天看到的隕石坑，然後流星對地球的撞擊導致了前寒武紀滅絕，當我們的星球被撞擊時，導致了前寒武紀滅絕。恐龍的滅絕和從冰河時代喚醒地球。

所以，我們現在已經經歷了從宏觀（即巨大的宇宙尺度）到中間行星尺度上生命發生的無限小機會的短暫停留......但是......我們所知道的生命起源如何，更直白地說，地球上複雜的植物和動物的起源如何？

在我們開始之前，讓我們考慮一下我們的星球是如何開始它的生命的，它是一個非常荒涼的地方，現在……我們現在在我們周圍看到的是一個繁榮的星球，充滿了各種極端多樣性的生命。從簡單的細菌，到在缺乏氧氣的深海火山口高溫下生活的極端嗜熱菌，再到構成魚類、爬行動物、鳥類和哺乳動物的複雜生物……情況並非總是如此。

但是我們是從哪裡來的呢？我們是如何進化的？進化的真正含義是什麼？事實是，我們很可能都是從簡單的單細胞細菌開始的，事實上，如果我們在宇宙的其餘部分看到生命，它很可能會採用這種形式。

事實是，在我們討論過的所有宇宙微調已經發生之後，除了我們的星球在正確的恆星旁邊的獨特位置外，還有正確的保護和成分，十億分之一的事件必鬚髮生，就反駁我們在多元宇宙中的獨特地位而言，這使量子弦理論倒退。

你會看到所有的動物、植物和真菌都是從一個祖先進化而來的，這是地球上第一個複雜的或“真核”細胞。這個共同的祖先本身是從簡單的細菌進化而來的，但為什麼這似乎只發生過一次一直是個謎：畢竟細菌已經存在了數十億年。

然而，每當簡單的細胞開始變得更加複雜時，它們就會遇到產生足夠能量的問題。

“基本原則是普遍的。甚至外星人也需要線粒體”

“就能源生產而言，它需要一場工業革命，”

這是十億分之一的機會，我們的祖先細菌會吞沒並與另一種生命形式融合（共生），這種生命形式將提供進化所需的所有能量，創造鳥類和動物，人類並製造不同的細胞類型...... 即眼睛、鼻子、四肢等。

這種我們稱之為線粒體的生命形式，甚至有它自己的DNA，它今天仍然攜帶並生活在你身體的每一個細胞中，我們早期的祖先細胞與它達成了“協議”，最終“你給我能量，我來收拾殘局，給你養分”，看來是天作之合……

為了變得更複雜，細胞需要更多的基因和更多的蛋白質——因此它們需要變得更大。然而，隨著任何物體體積的增加，其相對錶面積會下降：例如，大象每單位體積的表面積小於鼠標。這是一個主要問題，因為簡單的細胞使用包圍它們的膜產生所需的能量。

因此，從通過吞噬線粒體形式的能源機器經歷了自己的工業革命的簡單細菌，到海洋中的生命，再到在岩石水池之間移動並發育出四肢和用肺換取填充物，然後產生爬行動物，一直到智人的進化和語言的發展......

……你看，所有這一切都是在位於皇家阿爾伯特音樂廳中間的那個微型 LED 中設計的……那個初始奇點四面都是無窮大……數量級的順序和熵產生了我們今天觀察到的物理常數和一個能夠維持生命的宇宙……那是進化真正開始的地方，不是在 HMS 比格犬上，查爾斯·達爾文只是觸及了表面…… 但是他在加拉波哥斯群島創造了比海龜和鳥類更強大的東西，他揭示了我們宇宙的起源，因為如果不是像著名的天體物理學家斯蒂芬霍金所說的那樣：

這會產生令人難以置信的美麗但不穩定的宇宙，並且會自行崩潰，並且沒有人會對這種美麗感到驚奇。

如果沒有人在場驚嘆這種美，那麼我必須問一個問題，那還有什麼意義呢？

從通過吞噬線粒體形式的能量機器經歷自己的工業革命的簡單細菌，到海洋中的生命，再到在岩石水池之間移動並發育出四肢並用肺換取填充物，然後產生爬行動物，到一直到智人的進化和語言的發展……你看，所有這一切都是在位於皇家阿爾伯特音樂廳中間的那個微型 LED 中設計的，那個最初的奇點四面都是無限的，秩序和熵，以至於它產生了我們今天觀察到的物理常數和一個能夠維持生命的宇宙……這就是進化真正開始的地方，不是在 HMS 小獵犬上，而是在我們宇宙的開始，因為如果它沒有正如著名天體物理學家斯蒂芬霍金所說

會產生令人難以置信的美麗但不穩定的宇宙，並且會自行崩潰，並且沒有人會對這種美麗感到驚訝。

人們如何爭論創造論與進化論不相容，以我的拙見，我無法理解，因為它們完美而清晰地既兼容又同步。

現在回到理查德·費曼（Richard Feynman）（他認為人類在 2050 年後將不復存在……這可能是多麼真實……）

“有一次在夏威夷，我被帶去參觀一座佛教寺廟。廟裡一個人說：“我要告訴你一件你永遠不會忘記的事。”然後他說：“每個人都得到了天堂之門的鑰匙。這把鑰匙打開了地獄之門。”

或許這就是自由意志？也許這是我們在這個星球上的選擇？這取決於我們，無論是身體上還是精神上，我們選擇解鎖哪些人，以及我們如何以及是否選擇保護這個我們稱之為“家”的令人難以置信的星球。

我知道一件事，那就是我完全同意伽利略和勒米特的觀點：

我不認為有必要相信賦予我們感覺、理性和智慧的同一位上帝已經打算讓我們放棄它們的使用。”

我們必須站起來，意識到我們在宇宙中的位置，以及我們對自己的星球所做的事情，莎士比亞對我們談論積極的一面，但他諷刺地說，我堅信：

多麼好的作品 男人，多麼高尚的理性，
能力、形式和運動是多麼無限，
行動上是多麼的直率和令人欽佩，多麼像天使般的忐忑，
多麼像神啊。

我們的比賽面臨著有史以來最具挑戰性的時刻。世界末日時鐘使我們處於世界上見過的最嚴重的風險之中（距離午夜還有 100 秒——比古巴導彈危機更糟糕——對於那些記得它的人來說）……由於核儲存、氣候變化和網絡攻擊對人類構成的風險。

1996年去世的美國著名天文學家、宇宙學家、天體物理學家、天體生物學家卡爾·薩根（Carl Sagan）也有著名的著作；

我們稀有珍貴，因為我們還活著，

因為我們可以思考。

我們有權影響，也許

控制我們的未來。

我們有義務為地球上的生命而戰——

不只是為了我們自己，而是為了所有人，

在我們之前的人類和其他人

我們感謝誰，

對於所有那些，如果我們足夠聰明，

以後會來”

如果不停止，持續有增無減的氣候變化和超過 100 億的全球人口增長以及由此產生的二氧化碳足跡（每人每年 58 噸） 將創造正反饋循環，跨越水位上升的不歸路，數百萬人將流離失所，貧困將惡化，糧食短缺和飢餓將更加明顯，自然災害的頻率將增加，洪水（如我們所見今年在非洲）、火災（類似於那些肆虐澳大利亞、殺死 10 億隻動物並點燃一個英國面積的地區的火災），以及全球氣溫持續上升……事實上，Covid-19 已經恰當地向我們表明，我們是自然的一部分，而不是高於自然！

然而，我們站在懸崖上，準備接受歷史本身的評判……有能力保護宇宙中的一次（更不用說多元宇宙、一生或一代）機會，我們已經獲得併扭轉損害......問題是我們會醒來，採取行動並保護我們脆弱而寶貴的家園，還是會潛逃並將其留給我們的孩子獨自面對，並為我們的錯誤和不作為付出最終的代價……

所以正如我一開始所說的，這些只是我的信念......從我的經歷中誕生，如果不是我們經歷的產物，我們就什麼都不是。我只能告訴你我的想法以及我如何看待這個世界和我們的宇宙。我會請你們親自去探索這一切的美妙之處，因為最終你們會，並且必須形成自己的觀點，如果不是出於任何其他原因，除了你自己的信念是真實的......事實上，衡量一個人的標準很可能被定義為他們成功地成為他們自己的程度。

最後，我要留下阿爾伯特·愛因斯坦的一些話；

好奇心有其存在的理由。一個人情不自禁 在 當他思考永恆、生命和現實奇妙結構的奧秘時，他會感到敬畏。它 如果一個人僅僅試圖理解就足夠了 每天都有一點這種神秘感。

Andrew S. Doré 博士  BSC（榮譽）MBG CPGS DPhil Cantab