现在仍有理由对地外智慧生命的探索持乐观态度吗?迄今,世界各地的研究人员在监听来自宇宙的其他星球文明有可能传来的电子信号方面已作了25年之久的尝试、在此过程中,研究人员使用了大型望远镜和越趋尖端的设备。然而,遗憾的是,这方面的努力并未获得令人鼓舞的结果,一些科学家已对这方面作进一步探索的价值深表怀疑,其理由下文将述及。另一方面,仍有些乐观派人士基于他们对地外智慧生命存在可能性的积极评价坚持这一研究。我们出于这样一个(同上述乐观派不同)的观点在此问题上也持乐观态度,即在对地外智慧生命探索中(行家们称之为SETI),监听地外信号作为最有价值的一个方面仅仅是其天文学、生化学、进化生物学及其他学科的多种探索中的一个部分,确实,这一研究异乎寻常的特征是无论其本身的最终结果如何,这种探索本身将大大扩充人类对未知世界的认识水平。

对地外智慧生命的探索已经在好几方面给人类带来裨益。它推动了一系列新技术的开发。如哈佛大学用于这一研究的META项目中的8.4百万个通道的光谱仪的问世。这一探索已在一定程度上引发了科学界的众多同行来深层地思索有关行星系统、生命、智慧及技术文明的存在可能性,同时它也提出了有关我们地球文明未来发展的一系列基本问题。我们地球未来的命运如何:是终被摧毁,还是静止在行星轨道抑或继续扩增并扩张到银河系?

对其他星球上可能存在智慧生命持乐观态度的一个基点源出于古已有之的世界多元性信念。这一信念主张我们居住的世界必定也能在其他星球上得以复制。以现代眼光可将这一信念理解为:如果没有相反的证据,则适于生命存在的条件在宇宙中是大量存在的。这方面的第一个综合性分析报告——由苏联天文学家什克洛夫斯基(I. S. Shklovskii)和美国天文学家卡尔 · 萨根(Carl Sagen)撰写的《宇宙中的智慧生命》给出了其后引发争论的基本格局(确实,这本书可视为是地外智慧生命探索研究的必读教材,至今仍在再版)。

能进行星际通讯联络的先进文明的数量N可用下列公式示出:

N=R*×fp×ne×fl×fi×fc×L

式中,R*为恒星形成的速率;fp为拥有行星系统和宜于生命起源的恒星比例(即行星系统出现的几率);ne为每一宜于生命起源的行星系统中行星的平均数;fl为真正诞生了生命的行星在宜于生命起源的全部行星中的比例;fi为拥有能演化出智慧生命的行星数目在诞生了生命的全部行星中的比例;fc为具有星际间通讯能力的先进智慧行星数在行星中的比例;L为这种先进文明的寿命,这一公式又被称为德雷克(Drake)或格林 · 邦克(Green Bank)公式。(弗 · 德雷克是电磁信号研究的开拓者之一)。

上述德雷克公式的各因式中,只有R*(估计为每年诞生10颗恒星)得到扩展到太阳系的观测结果的支持。什克洛夫斯基和萨根推测银河系内先进文明的可能数为106,fp=ne=fl=1,并fi=fc=0.1, N为0.1 L。这里关键的因式是L。什克洛夫斯基和萨根取其值为107,作为短、长寿命的技术文明的平均数,德雷克1974年采用了N/L=1,N=104的数值,该数值将离地球最近的可探测到的文明与地球的距离定为1000光年。尽管对上述德雷克公式给出的数值有相当大的歧见,但其他科学家仍持乐观态度。1966年,麦克格旺(Mae Gowan)和奥德威(Ordway)这样表述这种乐观态度:“我们虽不能以任何精确的尺度来估算出从地球到最近的文明社会间的距离,但这绝不意味着可以悲观失望。这只是表明,我们应大幅度地增加这方面的工作量以探测太阳系外可能源于我们毗邻星球的智能信号”。

截止到1975年,已经实施了约14项观测计划,美国、澳大利亚、苏联、法国的无线电天文学家一起作出了努力。在其后的10年里,又实施了约25次附加的短期项目。此外,好几项长期的监测计划也正在实施之中。

赞成和反对的理由

1975年,米歇尔 · 哈特(Michael Hart)指摘对地外信号的无线电天文研究之所以收效甚微系与缺乏能显示地外生命存在(无论是现今或远古时代)的公认证据有关,从而挑起了一场大论争,什克洛夫斯基和萨根已指出,即使对有关星际间通行的容量和速度持相当悲观的看法,一个具有能量的文明仍能遨游到整个银河系,且其速度大大短于银河系本身的年龄。如果向空间的这种扩伸是任何先于我们人类出现的技术文明社会一种不可避免的增殖过程,则这种可能性就接近于以下这一观点,即或者这一文明已经探访过太阳系或是该文明已在其附近区域遗留下某种信标。排除地外智慧生命存在的唯一途径是令N为1(即我们人类是宇宙中唯一的智慧生命)。使用具有自我复制能力的“探测器”(这种探测器能迅速布满整个银河系),有可能使这场论争扩展下去。

尽管哈特论文提出的推测导出了N=1(群)的数值,研究专家们仍倾向于地球智慧生命的唯一性。好几位科学家坚持认为,生命的创生是几无可能的,因为多肽顺序随机结合的可能性是微乎其微的。然而,近来更多对涉及到生命起源的化学进化问题的研究从相反的角度提出了看法。如已证实、自催化过程的耦合将以较短的时间,而不是随机结合所需的数十亿年时间合成能自我复制的大分子。同样的,RNA自身催化合成的现象也支持了生命的出现并非完全不可能的观点。夏皮洛(Shapiro)1986年已经在很大程度上赢得了这场复杂的争辩。在任何一种情况下,化石证据均提示,在生命形成的10亿年间,地球上生命的出现是相当快的。

另一派主张N=1的科学家争辩说,地球生物圈的形成按气候史实属极为偶然。哈特还就此引用了大气进化模型争辩道:太阳系中连续不断的宜于生命起源的空间是非常狭窄的,仅为0.95 ~ 1.01 AU(从地球到太阳的间距为1 AU),这一区域对不同温度的恒星同样也显狭窄。这就提示,宜于生命起源的行星是极为罕见的。然而,一些气候学家已经警告不要根据这些建立在不确定参数上的模式得出确定的结论。此外,哈特的模式忽略了涉及到二氧化碳和其他气体的气候中可能的反馈制约因素。

这些反馈机制中最具代表性的一种称之为盖娅(Gaia)假说。简言之,这一假说认为,地球的可居住性是由反馈环维系的,在这个反馈环内,有机物的演化形成与大气、地表水、地球表层相互作用。譬如,已知地球中碳与氧的循环耦合导致了系统稳定性的增加(如大气中气体的浓度),即使其远离化学平衡态也无关紧要。发现经自然选择所强化的特殊反馈机制将是鼓舞人心的,如微生物和海洋有机物的演化形成过程就对地球化学恒温器调节气候、平衡大气中的二氧化碳大有助益。卡斯汀(Hastings其同事(1988年)认为,即使没有生物群的参与,地球化学恒温器仍能维持宜于生命存活的条件。这一观点已受到挑战。许瓦兹曼(Schwartzman)等1988年提出,微生物可能在产生足够大的风化作用速率方面起着关键作用,正是这种风化速率在过去的35亿年间推动了恒温器的运转,无论如何,似乎日益可信的是,外来文明的生物圈似乎受到类似的调节(无论是Galan调节抑或是纯地球化学机制的调节)。这加强了那种认为其他星球生命的进化已达到智能阶段的看法。

另外一种赞同N=1的观点是基于进化的高度偶然性,辛普森(Simpson)1964年对此作了阐释,他的观点已为一些科学家所接受。比利(Bieri)1964提出了相反观点,认为物种的进化通常是趋于某种普遍合理的结构。譬如,塞尔维尼 · 普拉汉(Salvini-Plawan)和麦耶(Mayr)1977年指出,光受体至少独立起源于40种(很可能多达60种)不同的种系。奥恩斯坦(Ornstein)认为,头足纲类动物的眼睛和脊椎动物门类动物眼睛的相似性并非是趋同进化所致。鲁塞尔(Russell)1981年认为,脑的渐进(脑部尺寸的增大超出既定尺寸)在最近的6亿年间似乎也呈现出相当规则的进化模式。这提示,银河系中智能生命的出现可能是一个可重复的现象。

一个文明能持续多久?

对地外智慧生命的存在可能性持否定态度的观点认为,迄今为止,我们已经作了生化、气候、进化论等诸学科、多方面的探索,然并无所获。也许有关N=1(群)的最具说服力的证据从某种意义上来讲可能来自社会学范畴。假定我们将德雷克方程仅分解成两项,则N(即有通讯能力的文明社会数)等同于AL。A在这里作为所有因子的乘积,其值原则上是能通过天体物理学或生物学方法加以估算的(银河系中宜于生命起源的行星系统数、启动微生物生命的可能性、智能生物演化的可能性等等)。有通讯能力的文明社会的平均寿命L是一个不能间接导出的因子 · 假定普遍适用的设备足以能探测相距遥远的大功率的信标,假定这种信标输出信号的特征能悉数预测,那么,地外智慧生命的探索基本上就成了L值的确定试验。

如果我们假定(如早期研究者那样),假想中的有通讯能力的文明是与行星相连的,如果我们能适当地估算出归入A的各因子,则高值的L(一说是10万年)是可能的(即使时至今日都探测不到信标)。反之,如果N=1(群)的观点是正确的,即向银河系的扩张(如建造信标)在很大程度上是先进文明的一种必然举动,则结果就要改变。寿命即使相当短暂的单一文明也可能导致“扩张风波”,扩张的顺序(新的“殖民地”是在老的“殖民地”灭亡前形成的)能维持到更多的“殖民地”创生后。这样,当每一个文明可能具有的L值较低,扩张的过程可能会令L值增大,正是这些较大值的L与德雷克公式的诸因子形成相应的比例。简言之,欲使通讯文明的数量为小,则所有文明的寿命也必然短到无法维持扩张过程。这一观点并不表明人类的长久未来(对A中诸因子的选择越乐观,扩张的前景越悲观))最终就是一种扩展文明的实践活动。

很可能,所有的地外文明均采用了某种隐蔽策略,对这一问题的探讨已成为论争的一个方面。对持否定态度的人也自有解释,这种解释的大多数很可能具有“动物园”假说特征(Zoo hypotheses)。这一假说认为,地外先进文明从容地注视着我们,就类同于动物园里观赏动物的观众、看客。

但平心而论,N=1(群)的观点近年来已基本占了上风。目前争论已趋向于长寿命的文明究竟是对扩张有兴趣,还是意在建造信标,或是试图与为数较少的其他高级文明一如我们人类对话。但这些问题可能在科幻杂志上较科学杂志上加以讨论更有益。

我们能做什么?

地外智慧生命探索的乐观、悲观两派一般来说已经形成了在探索先进文明中的格局。这里所谓的先进文明系指那些能建造信标,旨在向其他文明告知其存在信息的文明。信标一般认为是有方向性的、因为无向无线电波要求的功率之大几乎是难以达到的。当然,要想凭借偶然的信号(如内通讯信标或技术过程中的辐射漏泄)来探测先进文明是不可能的。但是,现在又有观点认为,上述看法也不是已成定论的。

我们想指出较早的地外文明探索和新近出现的地外文明探索之间的一个重要区别,后者是在缺乏信标的情况下被定义的,这样就应转向辐射漏泄的探测。前者的否定结果使我们无所获益,反使我们回复到乐观、悲观之争。而后者的否定结果却相当地富有意义,不需要比宇宙学原理更极端的假设:如果我们人类文明是正常状态的,那么银河系中其他文明也应进化到与我们类似的水平。确定人类自身何以起源并进而研究与我们类似文明的起源是不困难的。这种探索研究的否定结果将对上述德雷克公式中各项因子的乘积确定一个限界值,即应用无线电波长通讯方法对文明出现的速率作限定。

辐射漏泄研究的结果得以即刻应用的棘手之处在于采用现有的仪器难以确定一可靠的限值。如果我们计算类似我们人类文明的出现率(如N/L),从而推测整个圆柱形银河系内文明的分布状态,那么采用沙利文(Sullivan)l978年估算的约为60光年的距离(这一估算是依据设在波多黎各的30 m直径的阿雷西沃凹形雷达反射器作出的)来排除即使是最乐观的N/L值都是不可能的。(见表1)。15年前拟建造的1000×100 m的赛克洛普斯望远镜阵列(最近的将来不大可能落实)尽管能将探测范围扩展到600光年,但也无济于事(注意,探测范围与望远镜的有效倍数是成比例的)。即令探测范围能扩展到整个银河系的望远镜也需要设置一个完全有意义的N/L限界值。

3.2.1

对银河系内任一范围文明的探测均需要某种直径较现有的赛克洛普斯阵列大25倍的望远镜阵列,这种探测系统还必须构建在近地球的太空中。整个计划耗资惊人,粗略概算相当于全世界年军事预算的10倍,约为每年9千亿美元。

在回答何以地外先进文明深藏不露的问题时耳熟能详的一种观点是,这种先进文明在愿与地球文明接触时先要求地球文明达到一定的成熟度。可以想象,地外先进文明的信标与辐射漏泄相比将是十分微弱的,需要持续多方一致的努力才能探测到,这样,即使人类更喜好追索拟想中的先进文明,但对新起文明的探索仍不失为明智之举。

还应指出的是,就迄今我们人类所知的某一种已出现的文明(新起文明,如我们人类自己)而言,其可探测性可能已达到最高点。沙利文1978年标识为最强的地球漏泄信号很可能在最近的将来将趋减弱:其原因是广播电视信号因电缆而加强,地基军用雷将达被太空无源监视雷达取代等。

地外智慧生命的探索应视为一项持续时间很长的研究项目,现有的和将要实施的努力无论结局如何都将对科学本身带来助益。我们有理由预期下一步的探索将重在行星系、宜于生命起源的行星,重在生命的出现几率上。当我们对德雷克公式中诸因子作天体物理学方面的某些修正时,有可能对涉及地外智慧生命的那些因式建立一些有价值的限值。

参考文献(略)

[American Scientist,1988年7~8月号]