亿万年的孤独：地外文明探寻史话 汪诘
序 贝特有一次问自己的物理学家朋友杰拉德，你为什么要坚持写日记呢？杰拉德说，我并不打算出版，我只是记录下一些事实给上帝参考。贝特又问，难道上帝不知道这些事实吗？杰拉德回答说，上帝当然知道，但他不知道我这样描写的事实。 科普的最大魅力在于表达。描写同一个知识点，可以有千变万化的表达方式。 也就是说，科普是科学的广告，它本质上是一种传播学指导下的产品，而不是在具体哪门科学指导下的产品，所以真正的科学家来写科普书，销量往往不好。 比科学故事更重要的是科学精神。 引子 到底有没有外星人？关于这个问题，根据我们现有的最佳证据，答案是：有，但从未到访过地球。 外星人存在但从未到访过地球 。比如，我们所知的任何生命都离不开液态水，并且都是基于化学元素碳（C）的有机分子组合成的复杂有机体。 我们没有发现任何可以脱离液态水而保持活动状态的生命，既没有找到直接的证据，也没有找到间接的证据。
未知就意味着一切可能，而一切可能其实对具体的科学活动没有指导性。“一切皆有可能”不过是“啥也不知道”的一种美化的委婉说法而已。一场理性的谈话或者理性的探索活动只能建立在已知的条件下，慢慢往前探索，对于未知的生命形式，只能排除在科研活动之外。 四 世界之战 在整个20世纪上半叶，世人普遍相信火星人是存在的，但此事在当时的条件下既无法证伪，也无法证实。 五 望远镜的革命 一种叫射电望远镜的新型望远镜终于在20世纪30年代被发明出来，它将给整个天文学研究带来革命的狂风暴雨。 因为射电望远镜并不是用眼睛去看，而是通过一个巨大的天线来收集各种频率的电磁波，再进行分析，把电磁波转换成图像和声音这两种可供人类直观感受的形式。 六 飞碟和罗斯威尔 要么根本没有大气（比如水星），要么温度太高（金星的表面温度达到500多度），要么只是个巨大的气态星球（像木星、土星、海王星、天王星），要么冷得可以把任何气体都冻成雪花（冥王星） 七 寻找系外行星 恒星和行星其实是围绕着它们的共同质量中心旋转，这个共同质量中心被称为“质心” 八 戴森球 如果人类能观察到某一颗恒星的亮度在人类活动的时间尺度内（所谓的人类活动时间尺度是相对于天文学时间尺度而言，比如几年甚至上百年都可以算是人类活动时间尺度，而天文学尺度动不动就是几百万、上亿年）逐渐变暗，或者这颗恒星发射出大量具有某种特征的红外辐射的话，这个现象就可以被确认为是那个恒星系有智慧文明存在的证据。 戴森认为这种环日采集器除了会减弱恒星的亮度以外，还会产生一个更容易被人类现有技术检测到的效应，那就是环日采集器会被太阳加热，从而放出大量的红外辐射，虽然是一种不可见光，但是很容易被红外线检测设备捕捉到。在正常状况和在被大量环日采集器包围的情况下，一颗恒星放出的红外辐射会大大不同，检测这种红外辐射效应会比检测恒星的亮度容易得多。 九 德雷克和奥兹玛计划 这是人类历史上第一个由严肃科学家代表官方实施的外星人搜寻计划，具有开创性意义。 频率越高则能量衰减得越慢，也就意味着能传递得越远。 这个宇宙中有一个频率是非常特殊的，那就是波长为21厘米的1420.405兆赫，这就是被称为“21厘米线”的宇宙基准频率。为什么这个频率如此特殊呢？因为它是氢原子发射出来的电磁波频率（每种原子都会发射出不同频率的电磁波）。 十 德雷克的外星人公式 德雷克正式提出了一个概念，“搜寻地外文明计划Search for Extra-Terrestrial Intelligence”（缩写为SETI），他也成了学术界公认的SETI计划的开创人。 N=R×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×LN代表银河系内可能与我们通讯的文明数量R代表银河系内恒星形成的速率Fp代表恒星有行星的可能性Ne代表位于合适生态范围内的行星的平均数Fl代表以上行星发展出生命的可能性Fi代表演化出智慧生命的可能性Fc代表该智慧生命能够进行通讯的可能性L代表该智慧文明的预期寿命 ：因为地球人的出现，可以证明宇宙中出现智慧文明的概率大于0，这一点是证据确凿的。那么，只要样本空间足够大，宇宙中智慧文明的数量就不会唯一，就会随着样本数量的增大而增大。 十一 射电望远镜之最 到了1963年，这台射电望远镜终于建成，它的口径达到305米，在足有10个足球场那么大的抛物面上贴了38万片纯铝制成的瓦片，取名叫阿雷西博 十二 “水手4号”的火星之旅 苏联人率先在1961年把加加林送入地球近地轨道，从此加加林成了人类历史上的第一个“太空人” 十三 “小绿人”信号 其周期短而精确，为1.3373011秒。天文学家形象地将其命名为“脉冲星”。 十四 默奇森陨石 这些陨石都一再向我们证明，宇宙中存在丰富的化合物，生命的基本元素并不只在地球上存在。 十六 先驱者号的礼物 但是《洛杉矶时报》没有打马赛克就直接发表了，果然收到了很多读者措辞强烈的警告信，他们指出NASA在用纳税人的金钱向外太空发布淫秽信息，而报社就是同谋（这帽子大得夸张）。 对于一个文明来说，200万年是真够长的，或许已经足够让我们做好应对强大的外星人入侵的准备了。 十七 呼叫外星人（METI） 这种主动发射信息的方法被称为“Message to the Extra-Terrestrial Intelligence”，简称METI，也可以称为“主动SETI”。 如果那个恒星系真的有文明存在，那个文明到达了能接收电磁波信号的程度，那么最快在2068年我们就能收到回复。笔者掐指一算，还有希望活到那天（90岁），为了迎接那天的到来，笔者一定要努力活下去。 十八 旅行者号的礼物 十九 是福还是祸 越是强大的文明越是懂得保护弱小，尊重生命，文明史之所以叫作文明史，那是因为我们始终比昨天更加文明，而不是越来越想吃包子！ 千百年来，有多少先贤站在星空下，发出这样的疑问：我们从哪里来，要去往何处？这是人类的终极问题，要寻找答案，人类必须把目光投向宇宙，我相信，答案不在地球上，而在宇宙深处。这个宇宙如此浩瀚，肯定不仅仅只有人类，否则也太浪费空间了吧。（这句话是卡尔·萨根的畅销小说《接触》中的名句。） 根据墨菲定律，如果事情有变坏的可能，不管这种可能性多小，它总会发生。 一只鸡突然学会了说话，千万不要四处喊叫：“我真的很好吃！” 二十 射电望远镜的新纪元 不过，说起“甚大望远镜阵列”这个名称，我就想笑。“VLA”就是“Very Large Array（好大的一堆）”的简写。不知道为什么，天文学家们给射电望远镜取名字特别不动脑子，类似的还有“VLT（Very Large Telescope）”, “E-ELT”，即“European Extremely Large Telescope（欧洲特别特别大的望远镜）”，等等。 二十一 搜寻戴森球 二十二 冯·诺依曼机器人 其工作原理仍然是冯·诺依曼当年设计的那套原理，简单一点说就是二进制加五大件。电脑的运算指令全部采用二进制，到今天也没变。五大件就是任何一台电脑都由五部分组成：运算单元、逻辑控制单元、存储单元、输入单元、输出单元，这五大件到今天也没变过。 每个冯·诺依曼机器人在找到合适的恒星系后，复制两个自己和两艘飞船，然后这三个机器人一起向新的恒星系探索，那么，只要经过36代的繁衍，整个银河系就是它们的了 很多科学家相信最终有一天人类可以把自己的思想植入电脑中，人类不再需要生物体的躯壳，而可以直接活在由硅、金属和电流交织成的集成电路中，就像变形金刚一样 二十四 划时代的发现 这是因为声音是一种波，当波源向你飞速靠近时，它的频率会变高，反之则变低，这个现象以它的发现者命名，叫作“多普勒效应”。 当光的频率变低时，颜色就会朝着红色端移动，称为“多普勒红移现象”；反之就朝着蓝色端移动，称为“多普勒蓝移现象”。 真正具有里程碑意义的历史性发现是在1995年10月6日。瑞士天文学家米歇尔·麦耶（Michel G. E. Mayor,1942年~）及戴狄尔·魁若兹（Didier Queloz,1966年~）宣布发现了一颗围绕飞马座51的行星，这一天现在基本上被公认为人类发现系外行星的开端。[插图] 二十六 SETI@Home计划 打开http://setiathome.berkeley.edu/这个网页 二十八 “他们”来了 天文学界一般把质量不超过地球10倍、直径大约是地球1.25~2倍之间的岩石星球称为“超级地球”。这就是“格利泽876 d”，距离地球仅为15光年。 我们在引文中已经说过，本书中所说的外星文明指的是与我们地球生命相似的以碳（C）和水为主要构成物质的生命。虽然生命不一定都要跟我们类似，但我们只能研究与我们类似的生命形式，其他未知形式的生命，既然“未知”就无从研究。 2011年12月5日，NASA首次证实又找到了一颗迄今为止环境最接近地球的行星，这颗最新确认的系外行星名为“开普勒-22b（Kepler-22b）”，其直径约为地球的2.4倍。 一 宇宙中只有我们吗？ 旅行者1号是1977年发射的，飞到拍照片的那个位置用了13年，它没有停下来。它再飞50年后就会进入奥尔特云，然后要用3、4万年的时间穿过这片或许由上万亿个冰块（也就是彗星）组成的“云”区，这才算是真正飞出了太阳的引力控制范围。飞出了太阳系，就来到了几乎完全空无一物的巨大星际空间。73,600年后，它才能经过离太阳系最近的一个恒星系，半人马座比邻星。坦白说，7万多年后，人类文明是否还存在都是个问题。而这7万多年的飞行，仅仅不过飞行了不到4光年，用宇宙的尺度衡量，这简直不值一提。 人类的出现，证明智慧文明在宇宙中诞生的概率大于0，而在如此巨大到恐怖的样本空间下面，一个概率大于0的事件怎么可能只发生一次呢？ “理解并保护我们赖以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；启示我们的下一代去探索宇宙。” 二 外星人在哪里？ 科学精神中很重要的一条就是，坚持非同寻常的主张需要非同寻常的证据。 自然规律是用数学语言描述的，每一次理论的升华都是在小数点后面做修正，而不是彻底的否定。 从数学角度来说，新理论一定是对旧理论在更高精度上的修正 四 剖析费米悖论 费米悖论的核心思想是“人类没发现外星人的踪迹（简称观点甲）”和“人类应该发现外星人的踪迹（简称观点乙）”相矛盾。 出于某种原因，所有的智慧文明在发展到可以进行星际旅行之前一定会灭亡。 五 “黑暗森林”假说 宇宙公理一：生存是文明的第一需求。
宇宙公理二：文明不断扩张，宇宙中物质的总量保持不变。 因此，整个宇宙就是一个黑暗森林，每个文明都是一个带枪的猎人，潜行在黑暗中。要让自己生存下去的最好办法是开枪消灭所有暴露位置的猎人。而现在的人类就像在黑暗森林中生火的小孩，一边生火还要一边大声叫嚷，生怕别人不知道自己在哪里。 外星人之所以还没有来，那只是因为我们还存在，我们还没有被消灭。 六 对“黑暗森林”假说的思考 在生物学中，有一个非常有趣的进化模型，在一个种群中，善于竞争的鹰派和善于合作的鸽派在生存竞争中哪个更有优势呢，最终剩下的是鹰派还是鸽派呢？最后的结论是，鹰派和鸽派在长期的生存竞争后，剩下的比例稳定在61:39。 七 宇宙珍稀动物 当一颗恒星进入到稳定的热核反应阶段时，我们称之为恒星的主星序阶段，这颗恒星就被叫作“主序星”。 阿西莫夫认为，我们必须要能够在主星序至少待上50亿年，这是文明发展所需要的最短时间。那么，如果以50亿年为标准来计算，我们可以得出结论，凡是大于太阳质量1.4倍以上的恒星都不可能孕育文明，或许能出现生命，但不足以进化出像人类这样的技术文明。 由潮汐力所引起的天体上岩石的膨胀和摩擦会最终转换成热量释放掉，在能量守恒规律的支配下，天体只能不断减慢自转速度来补偿损失的能量。潮汐效应的结果是，小的星体最终会固定一面朝向它绕行的大天体，这是康德最早在1754年就提出来的。 地球的自转速度每天都在减慢0.000000044秒，相当于每100年会减慢0.0016秒。根据对古生物年轮的精确测量，我们也可以计算出，10亿年前的地球，一天是21小时，而不是现在的24小时。 超新星爆发除了产生巨大的闪光和能量外，还会产生大量的重元素——也就是除了氢和氦以外的所有我们已知的自然界元素，都是诞生于超新星爆发。超新星爆发后会形成星云，也就是散落在宇宙中的气体和尘埃，这些气体和尘埃在万有引力的作用下慢慢聚拢，又形成了新的恒星和围绕恒星运转的行星，这就是所谓的第二代恒星 两个恒星之间的距离至少有50个天文单位（地球和太阳的平均距离为一个天文单位）才可能形成行星。
如果地球再轻一点，地球上的大气将会变得非常稀薄，甚至完全消失。如果行星的大气非常稀薄，就意味着气压很低，而气压低，水的沸点就低，在一颗液态水很容易沸腾的星球上是不可能产生复杂生命的 大气还挡住了来自太阳的强烈的紫外线，而紫外线是我们目前已知所有生命的杀手。这是因为构成生命的最基本物质——核酸，很容易吸收紫外线的能量，吸收到一定程度的能量就会沸腾分解。 正是有了这颗如同小太阳般的木星，它巨大的引力场就像一个无形的保护罩，把处于木星公转轨道以内的所有行星都保护起来，就像义无反顾专门挡子弹的保镖一样，保护着人类文明这颗火种不被打灭。 如果我们把这46亿年的时间压缩到一天之中，在这个比例中，1秒相当于5.3万年。那么大约在上午4点钟，出现了第一个单细胞生命，但是在此后的16个小时中，几乎没有任何进展，这种单细胞的生命物质还不能称为严格意义上的生物。一直要到晚上8点半，也就是差不多40亿年过去了，第一批微生物才终于诞生，这是宇宙中的奇迹，此后生物的进化开始加快了脚步。到了这一天还剩下最后两个小时的时候，生物从海洋爬上了陆地，在陆地上顽强地生存了下来。由于10分钟的好天气，地球表面突然就布满了茂密的大森林，这些森林终于哺育出了恐龙，恐龙在11点刚过的时候诞生，支配了这个世界长达45分钟的时间。而智人在这一天即将结束前4秒时出现，在最后的0.1秒，智人发明了文字。 一 应对人类灭绝的预案 还有一颗著名的超新星候选者叫“参宿四”，距离地球600光年左右，据一些天文学家说最快1000年之内就可能爆掉，但这个距离也不会对地球造成什么影响。笔者此生的一大愿望就是在有生之年，目睹参宿四爆掉。 正义战胜邪恶是小说的永恒主题，可惜正义还是邪恶却是由胜利者来定义的。 二 分析外星侵略者的目的 在天文学家的分类中，氢和氦叫作轻元素，凡是原子量大于氦的，都叫重元素。重元素在宇宙中是相对稀少的物质，只有1%多一点。 三 行星防御计划纲要 要掌握可控核聚变技术必须要掌握如何把核聚变产生的高温“约束”在某一个隔绝的区域，目前人类在理论上能找到的两种约束方法是惯性约束和磁力约束， 按我们现在的估计，反物质发动机驱动的飞船应该能达到光速的十分之一，甚至更高。这就意味着，对于这类文明等级的外星人来说，进行恒星际旅行是以数十年到数百年来计算的，这样地球被这类文明造访的概率就会比上一种情况大得多。 四 外星人防御计划的最高纲领 附 《亚洲教育论坛年会》发言稿 第一，目的——所有科学活动的最终目的是发现自然现象背后的规律。技术发明并不等于科学研究。 我们认为科普教育是否成功并不是用掌握了多少科学知识来衡量，而是看一个人在生活中，是否采用科学的思维考虑问题，科学的方法解决问题。也就是说，科普教育的最终目标是希望人们能像科学家一样思考。 里郡奥卡姆的修士威廉提出了著名的奥卡姆剃刀原理：如无必要、勿增实体 非同寻常的主张需要非同寻常的证据！ 这些知识点包括：可证伪性（可验证性）、可重复性、独立性、唯一性、可定性、可定量、可预测、可纠错；还包括：理解前后关系和相关性都不是因果性，要得出因果性必须通过严格控制下的系统实验才能真正找到。 1．摆脱本能和直觉；2．识别真知和谎言；3．打通阶梯和路径；4．积累灵感和顿悟。 