王立銘專欄｜生命的秘密（一）：地球人與外星人
1968年，在阿波羅8號飛船飛離地球飛向月球的航程中，幾位宇航員第一次親眼目睹了我們這顆藍色星球的全貌。於是在天文尺度上，全人類瞬間連接成了一個有機的整體，而孤獨感也油然而生：在這茫茫星海里，是否還有我們的同類，是否還有我們的朋友？（圖片來源：Wikipedia）
編者按：
人類為何如此熱衷於尋找外星人呢？
從某種意義上說，對外星人的想像可能源自人類內心一種特別的孤獨感。我們習慣生活在熱熱鬧鬧的人群中，喜歡那種鄰家雞犬聲，海內存知己的感覺。伴隨著地理大發現和信息的全球流通，開始慢慢成為一個整體的地球人類，當然也希望有自己的鄰居和知己。
在尋找外星生命的漫長旅程中，我們與其被動等待，不妨反求諸己，追問一下地球上的智慧生命——人類到底是怎麼來的，又是如何演變到今天這樣。
作者通過撰寫這組系列文章，講述了科學家在揭示生命秘密的過程中那些最值得記取的重要發現，了解這些和人類進化有關的關鍵發現可能會幫助我們更好地認識自己以及所有可能的智慧生命。
以下為該系列的第一篇。
撰文 |王立銘（浙江大學生命科學院教授）
責編|徐可
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地球之外，是否還有別的智慧生物生存繁衍，在我們享受這一刻安寧的時候，隔著茫茫星海，他們也在眺望著我們？
從月宮裡的嫦娥到火星上的「運河」，人類從古到今都不缺仰望星空、神遊於凡俗之外的幻想家。對於外星人的樣貌，人們自然也有各種各樣奇妙的想像。外星人科幻的開山之作、科幻大師喬治·威爾斯的《世界大戰》里，來自火星的外星人長著一個碩大無比的腦袋，沒有手腳，依靠兩排長長的觸鬚來行走。而在大導演斯皮爾伯格的想像中，大腦袋長脖子小身體的E.T.外星人又丑又萌，一雙巨大的眼睛流露著善意。大概是為了敘事的方便，在大多數的科幻作品裡外星人往往以類似地球人的樣貌出現。但是從能自動脫水捲成一個小捲兒的三體人，到能夠與樹木直接形成神經網路的阿凡達，更狂放的外星人形象不勝枚舉。
01
他們在哪兒？
地球人類會是宇宙中唯一的智慧生物嗎？
要知道，我們所處的太陽系，不過是直徑10萬光年的銀河系邊緣一個暗淡的小小恆星系。銀河系裡類似太陽的恆星就有上千億顆，圍繞它們做橢圓運動的行星多到難以計數。而銀河系所在的擁有上千個銀河系的室女座超星系團，放在半徑達到460億光年的整個可觀測宇宙中，同樣顯得平淡無奇。在這樣一個年齡超過百億年、恆星如恆河沙數（一種估計是1022到1024顆恆星）的宇宙，生命產生的概率哪怕只有億萬分之一，智慧之花應該早已盛開在天涯海角。
但是如此一來，我們馬上會碰到一個邏輯上的難題。1950年，著名的物理學家、原子反應堆之父恩里克·費米（（Enrico Fermi）在一次關於外星人和UFO的閑聊中，問了一個直白簡單的問題：「（如果確實存在外星人的話）他們在哪裡？（Where are they?）」。 這個簡單提問背後的思想是很深刻的：如果我們的宇宙確實存在如此大量的智慧生命，又由於宇宙的年齡是如此古老足以允許智慧生命駕駛著他們各自的交通工具往來穿梭，那麼這些智慧生命中肯定會有許多已經、或者正在造訪地球，但是我們卻一個也沒有看到！
既然我們沒有看到E.T.來訪，是不是能夠反推其實外星生命（或者至少是智慧生命）並不存在，地球人就是浩瀚宇宙里絕無僅有的生命奇蹟呢？
費米悖論陸續衍生出了許多很有趣的科學和哲學思考。有從正面進行解讀的，認為費米悖論確實證明地球人類是宇宙中獨一無二的存在：宇宙中要麼壓根就不存在其他生命；要麼其他生命還沒有進化到地球人類這樣的智慧水平；要麼某些生命雖然曾經輝煌過但是早已在歷史中煙消雲散。也有從反方向進行解讀的：費米悖論不說明外星人不存在，反而可能是地球人太愚蠢了。可能是由於短短几萬年的地球文明還沒來得及等到來自外星文明的信息；可能是人類太過落後、壓根就還不知道怎麼去檢測來自外星文明的信息、更加不知道怎麼向外星文明宣告自己的存在；也可能是其他的高級文明巧妙地隱藏甚至是孤立了自己……這個開放性的問題後來成為許多科幻作品的背景，包括劉慈欣的《三體》。在《三體》中，大劉對費米悖論的解釋是，大量的外星智慧生命確實存在，但是由於文明間的生存競爭和交流障礙，所有高級文明都很好地隱藏著自己。
02
奧茲瑪到戴森球：尋找外星生命
費米的提問實際上也催生了許多搜索外星智慧生命、甚至試圖與外星智慧生命交流的努力。1960年，美國康奈爾大學的天文學家弗蘭克·德雷克（Frank Drake），也就是上面那個德雷克公式的提出者，將射電天文望遠鏡對準了兩顆看起來類似太陽的恆星：天苑四和天倉五，並在21厘米波長頻段上記錄了數百小時的電磁波信號。這項被命名為奧茲瑪計劃（Project Ozma）的探索性研究雖然意料之中地一無所獲，但卻孕育了延續至今、全球成千上萬科學家參與的搜尋地外文明計劃（SETI，Search for Extra-Terrestrial Intelligence）。隨著技術的發展，在可預見的未來，地球人類將會有能力同時並持續監聽千萬顆量級的恆星信號，這將極大提高人類發現外星智慧生命的能力。
當然，整個SETI計劃都基於一個簡單的假設：那些外星智慧生命（如果真的存在的話）必須積極、持續地用大功率向全宇宙發射一些容易被破譯的無線電信號。從我們上面的討論中可以很容易看到，這個假設是否成立是很成問題的：那些文明如果還沒有能力發射高功率的無線電信號呢？如果他們的信號我們無法理解呢？如果他們故意隱藏自己不發射信號呢？因此把找尋地外智慧生命的希望完全寄托在SETI或者類似的項目上是不明智的。
而2009年升空、圍繞太陽運行的開普勒空間望遠鏡，就用的是完全不同的思路。該任務專註於尋找太陽系之外類似於地球的所謂「宜居」行星。它的邏輯是，我們先拋開外星人是不是會發來信息不談，先看看是不是真能找到適合地球人類居住、因此也有可能孕育了類似地球人類的外星生命的行星再說。真找到了這樣的行星，我們再去有針對性地探測外星智慧生命。開普勒任務碩果累累，幾年時間已經發現了上千顆新行星；而主持開普勒任務的美國國家航空航天局（NASA）也在過去幾年裡一次又一次玩著發現了各種「另一個地球」的標題黨遊戲。當然，這些發現與其說解決了或者要解決費米悖論，倒不如說更加強化了費米悖論：一次任務就發現如此多的行星和類地行星，不更說明地球和地球人類在宇宙中其實並不特別、也應該並不孤單么？
開普勒空間望遠鏡的藝術想像。簡單來說，當行星圍繞恆星公轉、恰好處於地球和該恆星之間時就會部分的遮擋恆星的光信號。因此在地球上看來，恆星的光信號就會出現周期性的波動，根據波動的頻率和強弱可以推斷出行星的公轉周期、質量和半徑等等信息。同時，溫度較低的行星吸收恆星光之後也會發射頻率較低的信號，這個信息也可以幫助我們推斷該行星的元素構成。讀者們可能還會記得，就在2015年7月，各大媒體都在熱炒的所謂「第二個地球」，就是開普勒空間望遠鏡發現的新類地行星Kepler-452B。（圖片來源：Wikipedia）
而如果把開普勒任務的邏輯推演到極致，就引出另一個概念「戴森球」（Dyson sphere）。喜歡讀科幻小說的讀者們對此應該不會陌生。1960年，美國物理學家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）在一篇學術論文中提出了這麼一個想法，如果外星智慧生命進化到一定程度，行星本身的能量很可能已經不夠用了，因此近乎必然會試圖利用整個恆星產生的能量。實際上地球人類已經在做了：在地球和太陽軌道運行的各種人造航天器都或多或少需要利用太陽能。戴森把這個邏輯推演到極致，得到的一個令人匪夷所思的結論是，當外星文明發達和擴張到一定程度，吸收和利用恆星能源的各種「人」造物體將會以極高密度存在在恆星周圍，極端情況下甚至可以像一個「球」一樣包裹住整個恆星（當然，並不需要一個堅硬的球殼結構），盡其所能吸取恆星發射的能量。這樣的所謂戴森球，可能會密集到足以像行星那樣遮擋恆星的光線；與此同時，這些人造物體由於溫度顯然會大大低於恆星，因此在吸收恆星能量後會產生波長長得多的紅外輻射。因此在戴森看來，利用兩點尋找戴森球，可以幫助我們定位那些遙遠的高度文明的外星生命。
怎麼樣，是不是聽起來特別科幻？但是別忘了，上面那個開普勒空間望遠鏡，其實就是依靠恆星光線的遮擋和異常的紅外發射這兩個指標來尋找和分析行星，從而為尋找戴森球提供了可能。
就在2015年，在遍及世界各地的天文愛好者的幫助下，科學家從浩若煙海的開普勒數據中找到了這麼一個可能的戴森球！這顆被命名為KIC 8462852、距離我們1480光年的恆星，似乎總是被形狀不規則、軌道高低不同、周期也不固定的許多物體環繞並遮擋著，這一現象看起來無法用任何已知的天文現象所解釋（例如行星、巨大的彗星、星際塵埃等）。難道是一個並未完工的戴森球？當然需要更多更細緻的研究才能下結論，但受到這一發現的的啟發，SETI項目利用阿倫射電望遠鏡陣列對KIC 8462852進行了180小時的無線電監聽，就在你讀這篇文章的時候，全世界還有許多大型望遠鏡在持續追蹤著這顆奇怪的天體。儘管阿倫並沒有發現什麼可疑信號，但是發現KIC 8462852的故事至少說明，尋找戴森球已經不完全是個科幻概念，人類已經具備了這一能力。在這個思路的指引下，我們尋找外星智慧生命的視野將會極大拓展，因為我們可以拋開解碼無線電信號、或是尋找類地行星的局限，直接通過觀測恆星光譜來嘗試尋找一個高度先進的外星文明了。
03
「我是地球人，我在這兒」
除了尋找，人類更激進的嘗試是直接向太空廣播，讓「別人」感知到我們的存在。當然，這樣我們需要解決的問題比被動等待要多得多，地球人類目前的技術水平沒辦法對著全宇宙廣播，因此需要挑選出極少一部分星體進行有針對性的信息發送，這是難點之一：我們怎麼知道應該沖著哪些星星打招呼呢？我們又怎麼知道和「他們」說什麼？要知道，演化了區區十幾萬年的地球人，已經發展出成百上千的語言類別。可想而知，彼此遠隔千萬光年、所處環境截然不同的文明之間肯定有著巨大的交流障礙。
所以從某種意義上說，主動廣播有點像行為藝術，與其說真的和外星智慧生命建立聯繫，倒不如說是在信息爆炸的現代社會，給地球人一個總結和反省自身的機會。上點年紀的讀者可能都記得著名的旅行者金唱片。1977年，美國發射的兩艘旅行者探測器（旅行者1號和2號）上分別攜帶了一張鍍金的唱片，裡面記錄了用55種人類語言錄製的問候語（也包括了我們的普通話、粵語、閩南語和吳語），來自地球的聲音和圖像，甚至還有美國總統和聯合國秘書長的問候（難道我們還期待外星人能夠理解巴赫的音樂有多美，什麼是聯合國，秘書長是幹嘛的么）！
說到底，不管是思辨式的費米悖論和德雷克公式，還是實踐中的SETI和各種主動廣播，都還沒有提供任何提示存在外星智慧生命的線索。而且悲觀的估計，在我們每個人的有生之年可能都難以得到哪怕一點有意義的線索。畢竟，前後幾十年的光陰、直徑幾千公里的地球，在大宇宙里實在是太微不足道了。
舉例來說吧，1974年，位於加勒比海波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡，向兩萬五千光年以外的M13星系團發射了著名的「阿雷西博信息」，這條長約210比特、功率1000千瓦的信息描述了十進位、DNA的化學構成、人類的外貌、太陽系的結構以及阿雷西博望遠鏡的樣貌——這些信息可以說濃縮了當時人類文明的最高成就。即便這些微弱的信號真的能跨越兩萬五千光年的距離、即便是M13星系團上真的有智慧生命解讀了這條信息、即便是他們回復了地球人的呼叫，我們需要等待五萬年才能聽到他們的答覆！而五萬年前，人類的先祖們還在源源不斷走出非洲，現代中國人的祖先還在漫漫遷徙路上。五萬年後的人類相比今天會有怎樣的變化，當他們（萬一）接收到了來自M13星系團的回答，會是什麼樣的心情？
04
地球人和外星人
既然在尋找外星生命的漫長旅程中，我們往往只能被動等待，不妨反求諸己，追問一下地球上的智慧生命——也就是我們自身——到底是怎麼來的，又是如何演變到今天這樣。也許這也可以幫助我們更好理解外星生命是否存在，他們大致會是什麼樣子。
帶著這個目的，我來講講人類的生命和智慧背後的生物學故事。關於物種起源、人類進化、和人類的頭腦，已經有很多偉大的科普著作進行過精彩的論述，我無意超越它們。我想要講述的，是究竟有哪些不可或缺的要素催生了地球人類和人類文明，理解這些要素是否能幫助我們想像、乃至理解外星人和外星智慧。
四十五億年前，熾熱的原始地球在宇宙塵埃的餘燼中逐漸成形，並慢慢冷卻形成堅硬的外殼。外殼不斷地被撕裂又閉合，岩漿從地底深處帶來的濃煙籠罩大地，而彗星這樣的宇宙流浪者為地球帶來了最早的水。在這個表面被沸騰的海洋覆蓋、終日雷鳴電閃、飽受火山噴發和隕石雨摧殘的地球上，生命開始了她漫長的旅程。今天人們找到的化石證據證明，最晚在三十五億年前，地球上已經出現了細菌，而間接的證據（例如碳同位素）提示我們，在四十多億年前煉獄般的地球，已經有了生命的痕迹！
斗轉星移滄海桑田，一種分類學上被歸入脊索動物門、脊椎動物亞門、哺乳綱、真獸亞綱、靈長目、類人猿亞目、人科、人屬智人種（Homo sapiens）的生物，作為我們星球上的唯一一種智慧生命統治著地球。人類的進化史無法一一盡數，但那些尖峰時刻必須要去銘記。
讓我們開始吧！
敬請期待下文，生命的秘密（二）：能量——生命大廈建築師。
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