自20世纪60年代开创以来,天体生物学,这项研究外星生物的学科,已然得到了长足的发展。曾经,演化生物学家乔治·盖洛德·辛普森批评天体生物学为“没有研究对象的科学”。但如今,天体生物学在前沿科学领域崭露头角,公共关注度与日俱增,也渐渐受到了学术界的认可,令这个新兴科学焕发着蓬勃的生机。
在不久前召开的一场新闻发布会上,两名NASA的高级官员——艾伦·斯托芬和约翰·格伦斯菲尔德预测,天体生物学家将在一二十年内找到外星生物的踪迹。前者为NASA首席科学家,后者曾是一名宇航员,现任NASA科学项目副执行官。如果是在几年前,该预测大概会让人感觉过于乐观,但现在看来却几乎有点过时了。因为,有越来越多的证据显示,温暖湿润,据我们所知适于生命存在的环境,在宇宙中本来就不是稀罕物。
结构简单的单细胞生物应该是宇宙中的常住居民。无论是派遣机器人到火星上去检测地表下的卤水,还是向冰封的欧罗巴发射探测器,又或者是利用空间望远镜直接观察遥远天际中的类地行星,都有可能找到它们。NASA作为空间科技的领头人,非常慷慨地赞助了这些科研项目。
但是,对于是否存在外星智慧生物和地外文明,争议之声却是此起彼伏,正式的研究项目更是寥寥无几。
尽管如此,在最近的半个世纪里,许多零散的天文学家自发地组织起来,一并参与到一个名为“搜索地外文明(search for extraterrestrial intelligence,SETI)”的项目中。SETI旨在寻找宇宙中的高等智慧文明,他们认为地外文明会利用无线电和激光脉冲与外界沟通,它们或许正在尝试与银河系中的我们取得联系。但遗憾的是,SETI项目尚未捕获任何有价值的外星信号。
尽管简单生命体可能是银河系中的常客,但能与我们聊天的外星邻居却一个也没有。
如今,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。但也存在另一种可能,就是我们对外星文明表现形式的观念需要修正。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10万个邻近的大质量星系后,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。
与传统的SETI项目不同,莱特和他的团队并不是直接搜寻来自恒星的光信息,他们参考了物理学家弗里曼·戴森于上世纪60年代提出的理论,寻找星系尺度的殖民活动所产生的热力学现象。
戴森的理论认为,科技文明的发展水平可以用其对能量的利用方式来衡量,最先进的文明对能量的需求最迫切,他们渴望利用恒星发出的所有的光。为了达到这个目的,他们会摧毁1至2个行星,用它们当原料,制造出把整个恒星团团围住的光能收集装置。恒星被包裹在这样一个“戴森球”中,在外界看来,它发出的光就完全消失了。但戴森也指出,通过探测释放废热时发出的中红外波段辐射,仍可以发现这种结构。
使用能源必然会排放热量,就像我们电脑在运转的时温度会不断升高一样。
在1963年,俄国天文学家尼古拉·卡尔达肖夫扩展了戴森的理论,基于能量利用的概念,他进而将智慧文明的程度划分成三个等级。“1级”文明能够利用所有其所在行星的能量;“2级”则能够善用其恒星所有的能量,甚至建造出戴森球;“3级”文明则能够利用整个星系的能量,星系的每个恒星都被包裹在戴森球中。
由于无法从官方渠道获得研究经费,如NASA或美国国家科学基金会,莱特的研究小组只好另辟蹊径,争取到了私人投资机构邓普顿基金会的资助,该基金会长期支持饱受争议的科学研究。该研究团队利用NASA的大视场红外巡天探测者(WISE)的全天域巡天数据,尝试找寻理论模型中的“3级”文明。他们寻找那些在可见光波段较为暗淡但在中红外波段却比较明亮的天体,具备这种特征的星系可能充满了吸收可见光,发出红外线的戴森球。
在数据中有近1亿个天体,研究团队先用软件进行快速的粗筛选,之后,再由莱特的学生罗杰·格里菲思做人工的甄别,排除掉并非星系或明显存在人工干扰误差的样本。
最终研究小组筛选出了10万个符合特征的星系样本,其中有50个星系的热辐射量远远大于其释放的光。
之后,由加州州立理工大学(California State Polytechnic University)的杰西·马尔多纳多负责进一步筛选,通过查阅天文学文献来检索出天文学界之前对第一候选组中星系的研究。的确,候选组中的大部分星系都被充分研究过,它们要么是数个星系,处于合并进程中,要么是单个的“星爆”星系,这两种过程都会加热整个星系中能阻碍可见光传播的星际尘埃,使其释放出强大的红外辐射。
研究者称,还有们90个热光比不那么极端的星系有深入研究的价值,但总体而言,他们没找到三级文明。“在卡尔达肖夫看来,一个3级文明要利用整个星系的所有光能。”莱特说。以我们的视角来看,那就意味着一个在红外波段十分明亮的星系看起来几乎没有恒星。“利用WISE的数据,在离我们最近的10万个星系中,我们并没有发现符合预期的目标,因此我们可以确定,在我们的周围其实并不存在3级地外文明。”
即使先进文明并不建造戴森球,对其他形式的星系级能量密集型“宇宙工程”,莱特的研究结果也都是适用的。“寻找弱可见光、强红外的天体的想法值得肯定,莱特团队做得很好。”詹姆斯·安尼斯如是评价。安尼斯是美国费米国家加速器实验室的研究员,也曾在上世纪90年代晚期时候采用不同的方法探寻过3级地外文明,但是样本规模不大,仅囊括了100个邻近星系。
安尼斯说:“在某种意义上,无论一个发达的文明如何利用能量,都必须遵守热力学第二定律,因此热现象是无法被掩盖的。他们可能建造戴森球,他们也可能从旋转黑洞索取能量,他们还可能在星系寒冷的边缘地带构建巨型计算机网络,所有这一切都会产生出废热。莱特的研究小组的确把握住了搜寻地外文明的关键,只是他们还没有发现任何明显的迹象。”
有人认为宇宙中存在着强大的星系帝国,这种想法看似是根据我们地球人自身状况的合理外推。我们知道,至少在一颗行星上,生命以微生物的形式诞生了。然后,生命攀上演化阶梯,有了更大的躯体,拥有了大脑,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,大概在5000万年内就能穿越整个星系,”安尼斯说,“而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,智慧生命会反复穿行在某个星系中。也许这些拥有航天能力的文明十分稀有且隔绝,但是只要有一个文明有意并且有能力对所在的星系进行改造,我们就有机会看见他们。
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。正因为如此,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。”
多年以来,研究者们提出了许多假说来解释SETI至今找不到外星人的原因。也许是我们本来就是孤独的,或者天体物理学与生物学存在某些严格限制导致智慧生命极为稀有,又或者是具有高科技的文明最终难逃自毁的命运,亦或者是星际旅行太艰辛太缓慢太难以成功了。
安尼斯怀疑,被称为星际生命杀手的γ射线暴曾一度在宇宙中随处可见,其摧毁并抑制了高级文明的发展,如今γ射线暴有所平息,于是我们恰巧处于了智慧文明发展的“起点”之上。
除了科学文献,另一个奇思妙想的源头就是科幻小说,那些作品中的一些观点非常吸引人。在2011年,科幻小说家卡尔·施罗德想出了一个能够合理解释至今不见外星人的理由。
施罗德的表述模仿了亚瑟·C·克拉克的名言“任何先进的科技,初看之下都与魔法无异”,他说:“任何先进的科技,初看之下都与自然无异。”换句话说,真正的未来科技并不是在星际自由穿行,拆解行星、熄灭恒星,让文明如野火般在星系中飞速蔓延。真正的未来科技应该是缓慢发展,让自身与自然环境融为一体,追求极致的高效与和谐的热力学平衡。简单而言,肆意挥霍的星系帝国是不可持续的,因此才会毫无踪迹。
“SETI本质上是在寻找科技产生的废物,”施罗德写道,“逸出的热,逸出的光,逸出的电磁信号,等等,如果我们接受高级文明不会产生废弃物的事实,那么我们就会理解SETI的努力没有得到回报的原因了。”
既是天体物理学家也是畅销科幻小说作家的大卫·布林,对宇宙“大静默”发表了自己的看法,他认为莱特的研究虽然仍为戴森球的存在保留了空间,实则却是给那种星际帝国从整个星系压榨能量的陈旧观点以致命一击。
“为什么发达的智慧生命需要或想要这样做?”布林反问道,“除非是要建造什么大得惊人的工程,否则智慧生命没有理由这么贪婪……这样的社会不会比我们的更加友善温馨,一切都将被用于工业,这些智慧生命要么有个很好的理由,要么就是个性贪得无厌。
在1973年,基于卡尔达肖夫的理论,卡尔·萨根提出了一条可以进一步细分文明发展水平的经验公式。
他认为,我们当前的地球文明可以归类成0.7级文明,再过数个世纪,随着能量使用量的稳步提升有希望达到1级。在过去的几个世纪中,人类消耗的能量每年增长约3%。要满足这样的增长趋势,在1000年内,人类需要建造包纳太阳的戴森球,从而达到2级文明;之后的1千年,人类需要把银河系中的恒星都利用起来,最终达到3级文明。
道理已经很明显了:在未来不长的时间跨度里——甚至可以说只是人类历史的短短一瞬——要么,我们人类重塑我们的太阳系,进而殖民整个银河系;要么,我们的文明就得彻底改变,摈弃能量密集型的发展模式。在上世纪60年代,那个航天科技繁荣进步的时代,人们倾向于相信我们的未来会是前者;但是现在,面对气候与生态的多重压力,人们理性地看到后者或许才是正确的发展方向。
日益缓慢甚至停滞的社会发展状况,与SETI努力搜寻却无果而终的现实相应,即使是像莱特、安尼斯这些非主流的戴森理论的忠诚拥护者也没能打破僵局。
如果能得到更多的资助,莱特计划开展后续的研究工作,针对前期调查中发现的一些特征独特的星系做深入研究,旨在搜寻卡尔达肖夫指数较低的智慧文明。利用WISE的数据,研究小组曾在银河系的银道面之外发现一团光学波段很暗的点源,莱特表示很希望能对其深入观察。这很可能是一个尚未确认的巨型分子云,即一个充斥着原恒星的恒星孵化所。“但它也可能是一群被戴森球包裹的恒星。”似乎,戴森寻找外星智慧的梦想尚存一丝希望。
戴森教授已经91岁了,坐在普林斯顿高级研究院办公室中的他对SETI工作仍津津乐道,他对新研究依然无果而终并不感到惊讶,但同时也不感到灰心。“我们设想的探测外星人方法始终把他们当成一只躲在黑屋子里的黑猫,”戴森说,“但是如果外星人真的存在,那他们很可能是以我们未曾想到的形式存在着。WISE的结果告诉我们,外星智慧生命行为并不符合我们的推测,认识到这点很好。但还存在很多其他可能。
一种推测失败了,并不意味我们就应该放弃寻找外星人。”