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世界上有没有外星人!宇宙存在外星生命的概率有多大

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发表于 2016-3-31 01:16:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
在这些新生的恒星中,到底有多少伴有行星系呢?回答是:许多。我们已经知道,恒星是由银河系中旋转的气体和尘埃的混合星云中产生的,这种星云具有强大的角动量或自旋。我们很容易就能计算出,当一个刚诞生的恒星坍缩时,这颗恒星肯定将失去大部分的角动量,或者在它演化到一般恒星的规模之前很久就已经飞散了。恒星失去自旋的唯一方式,就是转换为某一天体或某些天体的轨道运动。对此,我们已经观测到大量的证据:半数以上的恒星都是双星。失去自旋的被转移到另一个单个的天体。在我们的太阳系中,行星系的大部分质量集中在木星和土星,而太阳到质量集中地方的距离差不多等于双星系统成员之间的平均距离。由此可以看出,我们太阳系的诞生方式和双星系统的诞生方式极其相似,只不过我们的太阳系碰巧产生出了许多小天体,而没有产生出第三个大天体。在太阳系中,98%的角动量在行星系的轨道运动,太阳的角动量只占2%。以上所有这些可以说明,事实上每一个看起来是孤立的恒星都有一个行星系。


行星中的生命

在所有这些行星系当中,每一个行星系都将有几个适合于生命生长的行星。对于什么样的物质组成及化学性质才能导致生命,我们现在还不清楚。但是,如果我们把地球上的生命物质组成和化学结构作为判断的基础的话,那么当某颗行星上的温度是在0~100℃之间时,这颗行星将肯定适合于生命生存。这可能是一个相当保守的标准,如果把行星分布的理论模型和行星系的形成考虑进去,并把我们自己的行星系作为一个参照的话,我们就会得到这样一个结论,每个行星系中都或许有两个或更多个适合于生命生存的行星。例如我们自己的行星系中就至少有一个:地球。此外,火星,甚至木星和土星也许都是令人满意的潜在的生息之地。把所有这些天文学的事实归纳综合在一起,就能得出这样的结论,在我们的银河系中,每年都将诞生一个能维持生命生存的新行星。



诞生外星生命的条件


可是在这样的行星上能出现生命吗?通过在地球上的实验室中所做的生物化学实验,我们可以做出一个斩钉截铁的回答:肯定能出现。这些实验表明,只要环境的物质组成及化学成分和原始地球的一样,那么生命的出现不仅仅是无条件的,而且是必然的。在这些实验中,假若能模拟出和原始地球大气相似的化学混合气,并把这种混合气和各种能源相结合,那么每次都会得到同样的结果:在这些试验中总能产生出地球上的生命体中所常见的大有机分子。一个典型的实验就是合成一种由氢、水、氨、甲烷和二氧化碳所组成的混合气,并向混合气中注入紫外线(模拟太阳光)、核粒子(模拟宇宙射线)以及放电(模拟闪电)。

从这种实验中得出的化学物质,几乎包括了构成生命体的每一种物质:与生命有关的氨基酸——产生蛋白质所必需的;核糖和碱基——这些是构成地球上生命体中最重要的分子(脱氧核糖核酸)所必不可少的。在这些实验中所产生的各种物质的数量也很大。似乎毫无疑问,一旦环境适宜、化学成分与地球初始时期一样,就肯定将出现生命。一个即将生产新的生命体系的行星至少在一点上与其他所有行星相同——它几乎是圆的。这一点似乎不那么重要,但却包含了一个极为重要的弦外之音——即对于行星上的生物群来说,将有一个有限的地面生存区域和有限的资源。而对于这些有限的资源,不可避免地将发生竞争,竞争的结果必然是进化。

我们可以确信进化最终将产生出高级智慧的生命。的确,地球上的化石记录表明,总有一件事是在不断地完善和增进:那就是大脑的复杂化。在进化史的各个不同时期,有比我们今天陆地上的生物更大的生物;有庞大的飞行动物;有更重的、甚至跑得更快的动物。所有这些生物的非凡的生存技能都曾各显神通,有的变化了,有的被淘汰了,有的却又进化了,没有一个生物维持其原生状态。化石记录表明,只有一样东西在不断地提高——这就是智慧。经过足够长的时间——也许这个时间要用几十亿年来计算,智慧必将出现于所有适合生命生存的行星上。


智慧外星人的工业革命





我们认为,大部分智能生命都将及时发展其工业技术。在我们自己的星球上,至少独立地发生过三次这样的工业技术进步:如在中国、中东以及中美洲,这些地方的次工业技术的发展都是由人口日益膨胀所引起的。当人口增长起来后,明显需要更多的粮食,于是农业发展了;这种发展需要专门的工具,需要手工业工人来制造和使用这些工具。这样不久就出现了城镇,虽然这些城镇还很原始,但的确是当时工业技术的中心。正是这些城镇的崛起才把我们带到了喷气式飞机与核能时代。大概不是所有智能生命都将发展他们自己的工业技术,也许有些地方根本不存在什么人口的压力。不管怎么样,令人奇怪的是大部分有生命存在的行星都将及时产生出工业化社会。所有这些事实意味着一个令人惊奇的结论,在我们银河系中,每年都有可能诞生出一个新的工业化文明世界。每年在银河系的某一空间,一个新的文明世界开始第一次向人间发射表现出他们存在的基本标记的光和无线电信号。倘若我们知道把我们现有的射电望远镜对准到哪个方向、调谐到哪个频率上,那么我们将能检测出这些无线电电波。


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但是,当我们用这些仪器扫描太空时,并没有感觉到宇宙中充满着工业化的活动。夜晚是那样的平静,只能接收到来自恒星、气体云以及星系的信息。我们有一种感觉,在历史的长河中,已经出现过几十亿个文明世界,但是今天只有很少几个文明世界对外宣布他们的存在。似乎这些工业化文明并不是长久向人间释放巨大的能量,当然,这并不排除在有限的时间内释放能量的可能性。我们可以这样假设一下,与我们相类似的一个新的文明世界,在一个相当短的期间内向宇宙空间照射,然后又莫名其妙地消失了。


外星文明的毁灭和地球文明类似,玛雅文明也毁灭了。


他们为什么会匆匆地消失呢?也许他们用核战争毁灭了自己——在他们能向宇宙空间表现他们自己存在的同时,他们刚好掌握了使用核武器。也许他们被宇宙事故摧毁了,例如,他们撞上了一颗小行星,但这种可能性不大。不过,我们相信最有可能的是,一个文明世界从宇宙舞台上最终的消失,是由其本身日益增长的工业尖端化引起的。我们只能通过检测他们在空间所消耗的能量来寻找他们。但想必他们已经懂得——正如我们现在逐步认识到的一样——保护资源是发达的文明世界最重要的信条之一。正如我们现在所做的那样,他们也将发明出一种技术来保护他们的能源,也将制定一项对他们有益的能源保护法。于是他们便大量地从太空中消失了——不是因为他们真的已经消失,而是因为他们的工业变得更加尖端化了。现在,我们已能在我们自己的文明世界里看到许多这样的事例。

例如电缆电视的普及以及地面上用光纤电缆传播的电话和电视信号。如果电缆电视能覆盖住整个地球表面的话,那么最能反映地球上智能生命的东西就将从宇宙中消失。第二个最能表现出我们存在的东西就是一些大国的防空雷达系统。但是,如果全世界能达到这样一个和平,以至可以拆除掉所有军用雷达的话,那么另一个最能表现我们存在的标记将消失。从实际意义上来说,我们的文明世界将变得非常难以探测——尽管他远远比我们今天的世界更完美。



假如现在存在外星人,那要怎样寻找他们


探测行星中的生命

我们相信文明世界不断地涌现,并向宇宙中放射各种电磁波。但是没有过多久,他们就变得像圣诞树上闪烁不定的小灯一样,令人难以捕捉了。有许多古老的和相当发达的文明世界仍在那里存在着,只不过我们很难发现他们。这样,一个结论就得出来了,宇宙间存在着一个光辉灿烂的文明世界群体。在这个群体之中,文明世界的总数量大体上是不变的,但其具体成员却随着时间的推移而发生着变化。


外星文明的探测

在某一特定的时刻内,从我们银河系中能探测出来的文明世界的数量,只不过是产生文明世界的速率与他们向宇宙空间发射大量能量所用的平均时间长度的乘积。我们已经计算过,产生文明世界的速率大约是每年一个。可这样的文明世界维持其可探测状态又能达到多少时间呢?当我们在银河系中探测出其他一些文明世界,并确定出他们寿命的最典型的资料后,我们才能搞清楚这个问题。一些人以为这些文明世界进入可探测状态的时间并不比我们地球的情况长多久,大约30年或更多一些;而其他一些人则认为,诸如空间爆炸等现象将能使我们长时期地观看和探测到他们,这个时间也许是几百万年。

如果我们取个中间值,并假设这些文明世界维持其可探测状态的平均时间是一万年的话,那么我们将得出一个极其重要的结论:在我们银河系中可探测到的文明世界的数量约达一万个,这是一个相当可观的数字。另一方面,这也间接地说明,在1000万颗星球中只有一颗星球上存在着文明世界,而在我们找到第一颗这样的星球之前,我们又必须搜索多少颗星球呢?再者,这些星球间的距离,也就是说各文明世界间的平均距离大约是1000光年。这样,要探索任何文明世界都必须采用这样一种方法——这种方法可以在1000光年或者更长的距离上探测出智能生命那巧妙的表现形式。那么要想在大约1000万颗星球中探索出某种文明活动,最有指望的探测方法又是什么样的呢?

正如我们在下文中可以看到的那样,我们当然不能指望“他们”派宇宙飞船来。我们相信,完成这个事业只能靠我们自己所拥有的各种手段到太空中去寻找。问题的关键是我们如何去实践。我们不是拟人主义者,不能用我们自己的工业技术为准绳来衡量其他那些光彩夺目的文明世界。总之,我们是一个原始的文明世界,天晓得宇宙间五光十色的工业技术已发达到何种天地?的确,在考虑他们那里与我们这里的工业技术时,我们将不可避免地受到物理法则以及宇宙间的排列分布的制约。值得庆幸的是,“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”,在探究这个问题过程中,我们还是一步步地在前进。我们应该能清楚地认识到,肯定没有一种工业技术总处于最能被探测出来的状态。

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可以肯定,形形色色的文明世界在其发展的各个阶段上将采用不同的工业技术,这样对于每一种文明世界都要采取不同的研究方法。另外一点应该强调一下,我们所能搜索的只能是工业技术,因为在大多数情况下,工业技术最容易被检测出来。我们马上想起了一个方法——火箭。当我们从小说上或生活中得知火箭是遨游太空的最好方式时,却没有注意到几乎整整一个时代都过去了。应该感谢电视和电影,他们已使全世界的大部分人都相信,矗立在地平线上的星际火箭,无论从哪方面来说都比现代化的喷气式飞机更昂贵、更难建造、更难操纵。这些问题当然无关紧要,因为最关键的问题是1000光年的距离——经过我们计算得出的各文明世界之间的平均距离——太遥远了。实际上,如果真的采用我们现在的火箭,那么要花上3000万年才能飞完这段路程。现在的火箭要在太阳系中飞行的话,还不成问题,但要想在恒星间通航旅行,我们还需要更快的运载工具:这是一种能在相当短的时间内,以接近光速的飞行速度穿梭于恒星之间的宇宙飞船。


寻找最佳能量


这里出现了一个难题!
我们面临着不可避免的狭义相对论的推断,当一个物体的运动速度接近光速时,它将变得非常重。当然火箭也不例外,如果它变重,那么就需要更多的燃料来使其加速;但这时燃料自身重量迅速增加,这样循环往复不已。谁都能从数学角度推演出这个恶性循环,结果表明,飞行速度达到光速的火箭是不能用我们现有的火箭发动机来驱动的,我们必须想象出某种核动力推进系统——这种系统远比我们今天的工业技术所能生产的推进系统更高级。实际上,要获得这样一个宇宙飞船的推进系统似乎还是可以说得过去的,但我们必须假设能利用物理方面最有效的能源,例如,用物质和反物质的湮灭所产生的能量来推动宇宙飞船。当物质和反物质相结合时,它们将以伽马射线的形式全部转化为能量。于是由这种结合所产生的伽马射线闪光就成了助推火箭的排出物。但是,你又怎么能制造出足够的反物质来给一个即使是很小的火箭加燃料呢?

你又将采取什么材料来制造能同时载有物质和反物质的火箭呢?很明显,这些问题远远超出了我们现在的工业技术范畴。就算这些问题能解决,这种宇宙飞船的燃料需求量还是令人望而生畏的。著名科学家伯纳德·M奥利弗博士,曾经计算过这类能以光速的7/10的飞行速度往返于遥远的行星与地球间的多级火箭的燃料需求量。他做过这样的假设,如果火箭的净载重量是1000吨,这其中包括最终返回地球的宇宙飞船船身,那么火箭的总重量将达到34000吨,这并没有什么奇怪的。在这个总重量中大概有16500吨的物质,这部分物质很容易获得:就像从附近的河里取水一样方便。但是火箭还需要16500吨的反物质,这可真令人目瞪口呆了。

地球上根本没有反物质矿藏,我们必须采用某种加工方法来制造反物质,可我们现在对这种加工方法却一无所知。不管怎么样,依照爱因斯坦的著名的方程式,我们能计算出在这些加工过程中所需要的能源的最低限额。作为一个比较,我们可以看到,如果以目前全美国每年动力产量为基数来计算的话,要花上50万年才能为这样的火箭做一次飞行提供所需的燃料。当然,要想探测出宇宙间其他的文明世界,我们很可能不得不发射出上千万这类火箭。很明显,正是由于能源的缘故,才使得这个问题似乎可以肯定了:

无论对哪个文明世界来说——即使其科学技术是如何的先进和发达,以致可以发射这种火箭——都将在这个极其昂贵的造价面前一筹莫展。顺便提一句,这种火箭另外还有一个不利的副作用,即如果操作不慎的话,那么当它们起飞时,会把整个地球的大气层烧尽。这些计算清楚地表明,我们不能指望广泛地采用这种火箭来进行星球间交往,因为这类火箭的飞行时间是几百、几千甚至几百万年。看来,制造这类火箭的事情肯定与我们无缘,它要留给将来某种能以上述时间来计算寿命的生物了。


重要的认识


至此,我们得到了几个重要的认识。第一,永远也不值得向太空中派遣像宇宙飞船一类的实物。
向宇宙空间发射出如何建造这样一个实物的详细信息也总是比发射实物本身容易得多。第二,对一个遥远的文明世界发动进攻或进行合理的经济开发永远是得不偿失的。恒星间遥远的距离构成了一个有效的隔离,以防止各文明世界相互掠夺。假若那些能回忆起世界史的人真的担心来自地球之外的威胁,那可是太没有必要了。因为他们确实不了解,能导致地球上世界大战的有限时空跟宇宙间的时空相比,有着天壤之别。最后,因为任何先进的文明世界都必须合理而经济地利用它们的能源,并解决这些问题,所以认为UFO是来自其他文明世界的观点纯属无稽之谈。基于另一种考虑,这些问题在本书中还有论述。难道我们就这样绝望地放弃了吗?

难道宇宙间的时空是如此的浩淼,以至于那些文明世界注定要在银河系中永远孤零零地漂流吗?不。正是那些使星际间宇宙飞船航行成为不可能的物理法则,给我们提供了一个星球间相互联系的最快、最有效、最节省能源而又最经济实用的途径:电磁波——光波、无线电波、伽马射线等,不一而足。这些以光速传播的辐射线非常之便宜。例如,利用现有的射电望远镜,我们可以成功地将一个60个字的电报发射到10光年远的另一个射电望远镜上去,而这个发射只耗用10美分的能量。仅此一例就足以说明为什么在宇宙间寻找其他文明世界的过程中,研究开发电磁辐射远比研制火箭的成功把握要大。其他文明世界也会得出同样的结论。我们期待着各文明世界能相互发现对方,并把电磁波作为主要手段来相互发送信息,如果有可能的话——这种可能性极小——采用某些具有实体的运输工具进行星际间的交通往来。



寻找外星生命的频率


依我们的论据,是否可以就星际间最佳接触和联络得出一个更精确的选择方案呢?尤其是对十分宽阔的电磁波频谱来说,是否有某种频率更易被整个宇宙的文明世界所采用?回答是肯定的。很明显,宇宙已经发展到像我们这样的程度,以至肯定可以产生出某些适合于星际通讯的特定频率,而这些频率肯定比其他频率要经济合算得多。有两个要素决定着这些特定的频率,其一,就是电磁辐射的量子特性。电磁辐射是由发射出去的光子所形成的,每一个光子所具有的能量正好和频率成正比。例如,一个可见光光子的能量大约比典型的无线电波中一个光子的能量强100万倍,而它们各自所载送的信息量却都是一样的。这就是说,虽然无线电波中的光子和可见光的光子承载同样多的信息,但前者的能量只是后者的百万分之一。



最佳频率带:外星人可能在那里


如果事情就是这么简单的话,那么人们将无可非议地采用非常低的无线电频率来进行星际通讯。可是现实总是不随人意,另一个宇宙现象又使得事情复杂化了:这个现象就是银河系中来的无线电噪声。不管建造什么样的射电望远镜,这种噪声都将进入其中。而且,按照牧师法则,这种噪声还消除不掉。事实表明,这种特殊的噪声尤其在低频段上显得更强。当噪声进入射电望远镜中时,它将干扰我们的无线电接收机,于是本来稳可以接收到的任何信号的光子,就无法接收了。其结果需要比一个光子多得多的光子才能进行可靠的通讯。正因为需要更多的光子,所以每一份信息的成本及能耗就上升了。

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换句话讲,在最低的无线电频率上,银河系射电噪声的相对增加,使每一份信息的花费提高了。另外,还存在着一个不可避免的噪声源——无线电噪声,它是从构成现在宇宙的原始火球来的一种辐射形式。这就是充满整个天空的暗弱的微波背景辐射。

我们自己以及其他任何文明世界,通过对以上三种现象的研究所得出来的知识,可以确定出用什么样的频率在银河系中通讯是最经济合算的。可以这样讲,对于所有文明世界来说,答案都是一样的。这就是一个接近3000兆赫的无线电频率,这个频率正好是我们地球上最典型的雷达频率。实际上,存在着一个相当宽的频带——从1000~40000兆赫,如用这个频带内的频率来发射信号的话,其发射成本是大致不变的。在这个频带内有几个特殊的频率,它们分别是氢原子辐射频率(在1420兆赫);氢氧根的辐射频率(接近1667兆赫);水分子辐射频率(接近22000兆赫)。氢是宇宙间最丰富的元素,氢和氢氧根相结合就构成了水。

正如我们大家所知,水是构成生命的最基本的物质。由于以上这些原因,人们才联想到,我们不仅要利用在这个最理想的频带内所有频率来收发信息或进行星际联络,而且,我们尤其要利用这三个与人类生息相关的频率。也许是由于这些巧合,人们把无线电频谱中的这个区域称之为“水洞”,并认为这是一个探索宇宙空间智能生命的最主要的频段。人们普遍认为,宇宙中像人类这样的智能生物可能会在这个“水洞”里相遇。不过要注意,这个“水洞”不是地球上或宇宙中的某个地球概念,而是无线电频谱上某一特定的频段。



射电望远镜


值得高兴的是,我们现在已具备了能在这个无线电频带上探测信号的最先进的射电望远镜。在英国、德国、前苏联以及美国的许多地方都建有大型的射电望远镜,并配有能接收这些最佳频率的极尖端的无线电接收机。目前,最灵敏的射电望远镜设在波多黎各的阿雷西博附近,它是一个直径为300米的射电望远镜,其总的能量接收面积比全世界所有其他射电望远镜的能量接收面积总和还大。它有一个强有力的无线电发射机,该发射机能发射出那些最适合于星际通讯的频率。实际上,由这个发射机所发射的无线电波束,很有可能被银河系中任意一个地方的、与之相类似的射电望远镜检测出来,只要那个望远镜正好指向阿雷西博。

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如果不能使无线电电波能量聚焦的话,那么这个望远镜要想发射出同样的辐射水平,必须发射出20万亿瓦的能量,这相当于现在全世界总发电量的20倍。实际上,就其频率与传播途径来看,从地球上发射出去的这个信号,比太阳的无线电辐射要强几百万倍。由此可以验证,这些智能的无线电信号和其他大部分智能生命活动的表现形式形成了鲜明的对照,这些信号在宇宙间可能真是明亮的。1978年,阿雷西博台的射电望远镜对200个邻近的星球进行了智能无线电信号的探索。因为射电望远镜是那么灵敏,所以,如果某智能信号能覆盖到整个地球表面,哪怕其总功率只有一瓦的一万亿分之一的话,它也能把这个信号探测出来。在现在的射电望远镜中,大约有10台能检测出1000光年距离以外的无线电信号。

另外,还有许多射电望远镜也都被用来搜寻星际间的智能信号,其发射频率大多接近氢原子的辐射频率。在这些天文台上,如西弗吉尼亚州格林班克的国家射电天文台;俄亥俄州德拉维尔的俄亥俄大学天文台;加利福尼亚大学的哈特克里天文台,前苏联的其他几个天文台以及阿雷西博天文台,已经进行了一系列强有力的搜索。在加拿大全国学术研究委员会的阿尔贡昆射电天文台上,研究人员对那些频率接近水分子谱线的信号,进行了一次灵敏的搜索。在大多数的观测中,射电望远镜都是瞄准邻近的、像太阳一样的恒星。


奥兹玛项目


对外星球无线电信号的第一次搜索,是在1960年由美国国立射电天文台完成的。在那次观测中,启用了一个直径26米的射电望远镜,并配有一个单频道无线电接收机,用以探测接近氢原子谱线频率——1420兆赫——的信号。在这个称之为奥兹玛的项目中,科学家们对最邻近的两颗类似太阳的恒星鲸鱼座τ和波江座ε进行了大约200小时的观测。当然,今天我们可以用类似阿雷西博天文台的射电望远镜在零点几秒内,重复这类观测的全过程。在最近的研究搜索中,采用了电子检测仪器,它们能同时监测尽可能多的频道。我们可能看到,作为一个最典型的例子,阿雷西博天文台的仪器可同时监测3024个频道。而1978年,在该台进行的一次搜索中,通过对计算机网络进行一些特殊调整,可同时监测65536个频道。同时监测尽可能多的频道这一点甚为重要,因为在信号发射过程中,如果把信号的频率压缩在频谱的某一相当窄的频带上,那么这个无线电信号的强度将大大增加,而且也更容易被探测出来。

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然而,要想检测并接收频带这么窄的信号,无线电接收机,必须将其频率调谐到非常接近所发送过来的那个信号的频率。如果在星际间通讯中采用这种频带极窄的信号,那么对几个频道进行监测显然只能覆盖住无线电频谱中的极小的一部分,这样的成功可能性很小。假若我们想在一个合理的时间内,对频带颇宽的“水洞”里的信号进行研究,我们必须同时监测大量的频道。目前,有人主张建立一个能同时监测100万个频道的专用无线电接收机,以此来搜索地球以外的智能无线电信号。而最终的目标是建立一个一次能监测10亿个频道的无线电接收系统。尽管这个接收系统可能要耗资成亿成兆的美元,但它毕竟还没有超出我们今天的工业技术范畴。


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