第1章 科学(1)

筛选星际文明（一）

文/赵洋

一、十万星系不见生机

半个多世纪以来，一些有着科幻头脑、相信外星人存在的天文学家自发地组织起来，开展了一个名为“搜索地外智慧文明”（简称SETI）的天文观测项目。SETI旨在寻找宇宙中的智慧文明。这些天文学家认为地外智慧文明会利用无线电甚至激光脉冲与外界沟通，它们或许正在尝试与其他星球上的文明取得联系。遗憾的是，迄今SETI项目并未寻获任何来自外星文明的信号。也许银河系中遍布简单生命体，但能与人类聊天的外星邻居却一个也没发现。

最新的研究成果表明，不仅是银河系内，在更广大的宇宙空间中，都可能只有人类这孤零零的一个智慧文明。一个由宾夕法尼亚州立大学的天文学家詹森·莱特领导的研究团队在观测了银河系附近10万个大质量星系后，得出结论：没有一个星系显现出存在发达科技文明的迹象。研究结果发布在《天体物理学》杂志增刊上，这也是迄今为止囊括星系数量最多的一次观测，类似的早期研究只涉及了100个星系。

在行星地球上，生命以微生物的形式诞生。然后，生命攀上演化阶梯，有了更大的身躯，拥有了复杂的神经系统，进而构建社会，最终拥有了前往其他行星甚至其他恒星的技术。既然这个过程能在地球上发生，那为什么不能在充满各个星系的数十亿个宜居行星上发生呢？

智慧生命一旦具备了进入太空的能力，若以每秒60千米的速度飞行，大概在5000万年内就能穿越银河系这样的星系（直径10万光年）。5000万年对于恒星和星系动辄数十亿年的时间尺度而言，只是短短一瞬。我们完全有理由相信，在宇宙诞生后近140亿年的漫长时光中，智慧生命早就把星系踏遍了。也许这些拥有航天能力的文明十分稀有且隔绝，但是只要有一个星际文明有意并且有能力对所在的星系进行改造，人类就有机会看见它们。如果观测的星系足够多，我们理应最终发现智慧加工的痕迹。然而，我们观测的星系越来越多，却只发现一切都是纯天然，这非常让人沮丧。

事实上，技术文明是比较容易被发现的。曾有两位美国天体物理学家在迪拜旅游时受到城市夜色的启发，提出了一个问题：用人类现有的望远镜，究竟能在多远的另一颗星球上看到地球上的一座大型城市？

他们的计算结果是，以日本东京为例，地球上一个城市夜晚的灯光可以一直传到太阳系的边缘。这个距离大约是从地球到冥王星距离的30倍。二人继而根据这一研究提出通过寻找太阳系内可能存在的其他“人造”灯光来寻找外星文明的设想。

那么现在的问题是，为何我们还没有发现地外智慧文明，特别是星际文明？

小词典：什么是星际文明？

实现了跨恒星往返飞行，在不止一个恒星的引力范围内有定居点，并对各个定居点实现有效治理的技术文明。

曾在20世纪90年代采用不同的方法探寻过100个邻近星系地外文明信号的詹姆斯·安尼斯怀疑，被称为“星际生命杀手”的伽马射线暴曾一度在宇宙中随处可见，这些致命射线摧毁并抑制了高级文明的发展。如今宇宙间的伽马射线暴有所平息，于是地球人类恰巧处于了智慧文明发展的“起点”之上。

可以想象，伽马射线暴不过是星际文明漫漫成长历程中要面临的障碍之一，类似的障碍还有许多。换句话说，在宇宙中的无生命物质和可持续扩散的文明之间有一个巨大的筛选机制，通过这个筛选极其困难。如同武侠小说里描绘的那样，一心向武的少年只是骨骼还不够清奇，还需有诸般奇遇方能成为大侠，一个文明也要克服重重困难、跨越道道阶梯才能成长为纵横星系舞台的角色。星际文明必须经历的种种历练，被科学家总结为“大过滤器”（The Great Filter）。

二、大过滤器理论

“大过滤器”这一概念，是美国乔治梅森大学的助理教授罗宾·汉森为了试图解答“费米－哈特悖论”而提出的。

1998年，罗宾·汉森在一篇文章中，把没有生命的荒芜之地发展到具有扩张性的星际文明的过程划分成9个阶段：

1.合适的行星系统（存在有机物以及生命宜居的行星）

2.可自我复制的分子（比如RNA核糖核酸）

3.简单（原核）单细胞生命

4.复杂（真核）单细胞生命

5.有性生殖

6.多细胞生命

7.脑量较大、使用工具的动物

8.人类目前这个阶段

9.星际殖民扩张

汉森认为，目力所及的宇宙寂寥无人的这一事实说明，上述9个阶段——或者可能被细分出的更多阶段——中，至少有一个阶段是难以实现的。无论是什么因素在哪个阶段阻止了星际殖民扩张的最终实现，它都被称为“大过滤器”。

根据大过滤器理论，一个物种要成长为星际文明，需要通过多种过滤器的检验。这些过滤器就像“筛子”一样，淘汰不合格的生命形态与社会形式。下面，我们将上述9个阶段划分为“环境”“生命”“文化”“科技”四个“筛子”，逐一进行解读。

小词典：费米－哈特悖论

根据人类目前掌握的科技知识以及历史经验推测，银河系应该早已充满了四处殖民的星际文明，然而不仅地球上找不到外星人曾经造访的证据，在望远镜里也瞥不见丝毫外星飞船或工程的影子——甚至连一个来自智慧文明的无线电信号都接收不到。

美国物理学家恩里科·费米在1950年的一次非正式讨论中指出了上述矛盾，认为这似乎有些不同寻常。宇宙已经有100多亿岁了，仅仅银河系内便有几千亿颗恒星，而孕育了我们的太阳仅仅是其中较为年轻的一颗。即便考虑了光速的有限性和文明兴衰的生命周期，这么长的时间里，宇宙间也应该有过无数星际文明次第兴灭，人类不该如此寂寞。1975年，美国天体物理学家麦克尔·哈特在论文中详细探讨了可能的解释。之后，这一问题通常被称为“费米－哈特悖论”。

三、合适的环境（环境筛）

生命宜居带

什么样的行星或卫星上有可能产生类似地球物种的生命呢？科学家提出了恒星周围“生命宜居带”的概念。所谓生命宜居带，就是指位于这个区域内的星球可以产生生命，并且能够长期维持生命的存在。在太阳系中，生命宜居带就位于距离太阳0.99～1.7个天文单位的宇宙空间。

一颗行星位于生命宜居带内，并不表明其上一定就有生命存在，还要满足一系列其他条件才行。首先，这颗行星上一定要有液态水，而且液态水是长时期稳定存在的。以地球为例，行星表面的水存在了数十亿年以上，才能保证生命诞生并演变为高等生命。一颗恒星周围的宜居带有内边界和外边界之分。如果超越内边界，行星过于接近恒星，表面温度就太高了，就像水星那样，不易保持液态水，更不利于生命发展；如果超过外边界，离恒星太远，温度就会太低，水处于冰冻的状态，生命就将无法存在和演化。

另一个要素就是行星本身的质量。如果行星距其太阳恰好是1个天文单位，则要求行星质量为相当于地球的0.5～10倍个地球质量。如果质量太小，行星的引力就不足以保持维系生命存在的大气，也就没有了保护生命免遭致命辐射伤害的保护层；质量太大，又容易吸引氢，从而形成木星、土星那样的气态行星，使生命难以生存。