別處的世界：宇宙中的生命

象哥倫布一樣，我們能夠肯定的唯一一件事情，就是在我們的海岸之外一定有點(diǎn)什么東西。

——斯通，物理學(xué)家

生命已經(jīng)在地球上發(fā)展起來(lái)了，這是一個(gè)確鑿無(wú)疑的事實(shí)。一個(gè)很自然的問題就是，生命在宇宙中別的地方是否也有可能發(fā)展起來(lái)呢？

對(duì)這個(gè)問題的興趣的歷史很長(zhǎng)，可以追朔到兩千多年前的古希臘時(shí)期。不過，一直到19世紀(jì)，才真正從科學(xué)的意義上對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行探討。當(dāng)時(shí)，意大利(那是伽利略的故鄉(xiāng))的一位天文學(xué)家斯基帕雷利(Giovanni Virginio Schiaparelli, 1835~1910)通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，火星上布滿了縱橫交錯(cuò)的條紋(canali，意大利語(yǔ))。不過，當(dāng)這些報(bào)告被翻譯成英文時(shí)，卻被誤譯作“運(yùn)河” (canals)。翻譯上的這個(gè)錯(cuò)誤竟然戲劇性地引起了人們對(duì)火星的興趣，展開了近一個(gè)世紀(jì)的尋找火星人的熱潮。在經(jīng)過了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的火星生命的探索之后，直到20世紀(jì)70年代美國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃為止，所得到的結(jié)果并不那么令人樂觀。

1984年，在地球的南極找到了一些據(jù)信來(lái)自火星的隕石，因?yàn)檫@些隕石的內(nèi)部氣泡的氣體成分與火星的大氣的成分很相似。當(dāng)隕石高速?zèng)_入大氣層時(shí)，會(huì)與地球的大氣發(fā)生摩擦而產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致隕石的表層熔化。當(dāng)這些表層處于熔化狀態(tài)的隕石掉落到地面上時(shí)，這層熔化的物質(zhì)冷卻后就會(huì)凝固成一層堅(jiān)固而密封的保護(hù)層，使隕石內(nèi)部免受地表演化的影響。因此，隕石內(nèi)部攜帶著它們掉落到地面之前所處環(huán)境的信息。1996年，美國(guó)的科學(xué)家對(duì)其中一塊隕石做了分析，結(jié)果顯示，它的內(nèi)部含有某種與生命可能有聯(lián)系的有機(jī)分子。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，這可能是36億年前生活在火星上的原始生命的微化石。盡管如此，要確證火星上曾經(jīng)有過生命，需要更強(qiáng)有力的證據(jù)。

在太陽(yáng)系中，除了火星之外，可能有利于生命誕生的地方還有木星的第二顆衛(wèi)星和土星的第六顆衛(wèi)星。

木星的第二顆衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱木衛(wèi)二，天文學(xué)家給它起名叫歐羅巴。木星的這顆第四大衛(wèi)星體積比月球小一點(diǎn)，密度和月球差不多，表面極光滑，從望遠(yuǎn)鏡中看是一顆非常明亮的天體。研究顯示，木衛(wèi)二的表面上布滿縱橫交錯(cuò)、密如蛛網(wǎng)的明暗條紋，這些條紋很可能是該星球表面覆蓋的一層厚厚的冰層上的裂縫。在木衛(wèi)二的冰層下面是一層50千米厚的海洋，研究表明，海水可能含有鹽分。因此，歐羅巴的海洋很可能是一個(gè)支持生命發(fā)生與成長(zhǎng)的地方。

土星的第六顆衛(wèi)星，也是土星衛(wèi)星中最大的一顆衛(wèi)星，天文學(xué)家給它起名為泰坦，簡(jiǎn)稱土衛(wèi)六。土衛(wèi)六是太陽(yáng)系所有衛(wèi)星中唯一有大氣存在的天體，大氣層厚度約2700千米，氮的占比約98％，甲烷和碳?xì)浠衔锔髡?％，與早期地球的大氣組成非常相似。

由探測(cè)器提供的資料推斷，土衛(wèi)六是一個(gè)奇異的世界，黑暗寒冷的表面，美麗的甲烷海洋，與地球早期生命起源的情況相似的條件，暗紅的天空偶爾灑下由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的雨，星球的表面可能存在有機(jī)物堆積。這是人類了解生命起源和各種化學(xué)反應(yīng)的理想場(chǎng)所，對(duì)它的研究有助于人類了解地球誕生初期的情況，揭開地球上生命起源之謎。

經(jīng)過多年的探索，到目前為止，沒有任何明確的證據(jù)顯示太陽(yáng)系內(nèi)其他的行星和衛(wèi)星上曾經(jīng)或者正在產(chǎn)生生命。

太陽(yáng)系以外的世界怎樣呢？通過天文觀測(cè)，天文學(xué)家在遙遠(yuǎn)的恒星際空間，那是宇宙中最寒冷的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了100多種有機(jī)分子，包括那些用來(lái)構(gòu)成生命的分子。在通常的觀念中，復(fù)雜化合物只能在較高溫度的環(huán)境中形成，存在星際有機(jī)分子的事實(shí)對(duì)這個(gè)觀念提出了質(zhì)疑，它顯示，需要構(gòu)建新的星際化學(xué)體系。發(fā)現(xiàn)星際有機(jī)分子使外星生命存在的可能性大大增加，不過，這些星際有機(jī)分子頂多是最簡(jiǎn)單的分子，離生命還遠(yuǎn)著呢。因此，到目前為止，仍然沒有任何跡象顯示太陽(yáng)系之外的某處存在生命。

既然我們?cè)诘厍蛑膺€未找到存在生命的任何證據(jù)，那么，讓我們把這個(gè)問題暫時(shí)放下，先來(lái)探討一下在地球之外存在生命的可能性。在宇宙中別的地方，生命是否有可能發(fā)展起來(lái)？對(duì)于這個(gè)問題，我們只能從很不完備的證據(jù)出發(fā)進(jìn)行推測(cè)。我們將探討以下幾種可能性：存在與地球相像的行星的可能性有多大？在地球型的行星上會(huì)有多大的機(jī)會(huì)出現(xiàn)生命？生命出現(xiàn)之后，進(jìn)一步演化出智能的可能性有多大？智能生命最終一定會(huì)發(fā)展出電磁波通信技術(shù)嗎？技術(shù)型的文明有相互接觸的可能性嗎？技術(shù)型文明能夠持續(xù)一段很長(zhǎng)的時(shí)間嗎？

為了方便起見，我們將把討論的范圍局限在銀河系。不難理解，所得到的結(jié)論完全可以推廣到整個(gè)宇宙。在我們的銀河系中，大約有4000億顆恒星，在這滿天繁星中，有多少個(gè)星球上面存在生命呢？對(duì)這個(gè)數(shù)字做一個(gè)初步的估算是相當(dāng)引人入勝的。

這個(gè)數(shù)字肯定與每年有多少新的恒星形成有關(guān)。天文學(xué)家對(duì)太空深處做過深入的觀測(cè)，所得到的結(jié)果是，在銀河系中，每年有大約5到20顆新生的恒星，讓我們?nèi)∫粋€(gè)大一點(diǎn)的數(shù)字20，并用R 代表這個(gè)數(shù)字；然而，并不是所有新生的恒星最終都能夠形成行星系。由多個(gè)恒星組成的系統(tǒng)，其內(nèi)部各點(diǎn)的萬(wàn)有引力極不穩(wěn)定，行星不可能在這樣的環(huán)境中形成。因此，只有那些單獨(dú)存在的恒星才有可能最終產(chǎn)生自己的行星系。天文觀測(cè)顯示，在太陽(yáng)附近的恒星中，大約有一半是單星。將這個(gè)觀測(cè)結(jié)果推廣到整個(gè)銀河系，得到單星的比例大約等于0.5，我們用s標(biāo)記這個(gè)數(shù)字。因此，在銀河系中，每年有大約R×s=10顆單獨(dú)的恒星誕生。

即使一顆恒星帶有自己的行星，如果這顆恒星的質(zhì)量太大，那么，在它的行星上也不可能出現(xiàn)生命，因?yàn)檫@樣的恒星壽命太短，生命沒有足夠的時(shí)間形成和發(fā)展；如果這顆恒星的質(zhì)量太小，那么，為了獲得生命誕生所必須的能量，它的行星必須離開這顆恒星足夠近。但是，在這種情況下，強(qiáng)大的萬(wàn)有引力會(huì)使行星永遠(yuǎn)以同一面對(duì)著它的太陽(yáng)，于是，行星的兩個(gè)半球?qū)⒂肋h(yuǎn)處于干熱和冰凍的狀態(tài)，無(wú)法為生命的誕生提供必須的合適的大氣和液態(tài)的水。因此，我們只考慮質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)?shù)暮阈?。天文學(xué)家估計(jì)，在銀河系中，質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)?shù)暮阈谴蠹s有10%，用S標(biāo)記這個(gè)數(shù)字。于是，在銀河系中，每年有大約R×s×S=1顆太陽(yáng)型的恒星誕生。如果在這樣的恒星上有一顆行星，像我們的地球一樣，處于一個(gè)得天獨(dú)厚的位置上，那么，它所得到的光和熱就不多不少，剛好夠生命的誕生與成長(zhǎng)所用。

是否每一顆這樣的恒星都必然有自己的行星系呢？從物理規(guī)律這個(gè)層次上看，一個(gè)合理而樂觀的估計(jì)是，幾乎所有太陽(yáng)型的恒星都會(huì)最終擁有自己的行星。也有人不同意這個(gè)看法，他們認(rèn)為，如果形成行星所必需的重元素缺失，就不可能形成行星系統(tǒng)。因此，只有大約10%的太陽(yáng)型的恒星擁有自己的行星，用p標(biāo)記這個(gè)數(shù)字。這個(gè)數(shù)字有多大，需要大量的天文觀測(cè)數(shù)據(jù)才能給出最終的結(jié)論。恒星離開我們都很遠(yuǎn)，那上面是否有行星是不可能直接觀測(cè)到的，天文學(xué)家是如何確定一顆恒星上有行星存在呢？所使用的方法在原理上都很簡(jiǎn)單。比如說，由于恒星與行星之間的相互作用會(huì)使恒星做微小的晃動(dòng)，這種晃動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致恒星在視線方向有運(yùn)動(dòng)，從而由于多普勒效應(yīng)使星光的波長(zhǎng)發(fā)生變化；對(duì)于年輕的恒星，如果存在行星云盤，這個(gè)云盤就會(huì)拖慢恒星的自轉(zhuǎn)速率。恒星的自轉(zhuǎn)速率也可以通過星光的多普勒效應(yīng)得到。天文觀測(cè)顯示，在年輕的太陽(yáng)型恒星中，大約有一半顯示出存在行星云盤的證據(jù)。

如果一個(gè)太陽(yáng)型的恒星帶有自己的行星系，那么，有多少顆行星上的條件與原始地球的條件相似呢？對(duì)太陽(yáng)系的研究給出了這個(gè)比例的兩種觀點(diǎn)。樂觀的估計(jì)認(rèn)為，每一個(gè)太陽(yáng)型恒星都帶有至少一個(gè)類似于地球的行星；另一種不那么樂觀的估計(jì)認(rèn)為，這個(gè)數(shù)字只有10%。我們用e 表示存在地球型行星的可能性，這個(gè)數(shù)字是不可能通過天文觀測(cè)直接得到的，它與我們所掌握的有關(guān)行星的探測(cè)資料、所使用的行星起源的模型有關(guān)。有了這個(gè)數(shù)字，就可以算出在銀河系中，每年有大約R×s×S×p×e顆適合生命居住的行星誕生。由于p和e 這兩個(gè)數(shù)字的數(shù)值有一個(gè)取值范圍，因此，用這個(gè)公式將得到，在銀河系中，平均每1年到100年將產(chǎn)生一顆適合生命居住的行星。

有了一顆與地球相似的行星，在那上面發(fā)展出生命的可能性有多大？對(duì)生命的起源這個(gè)問題的探討使我們相信，在這方面地球并沒有什么獨(dú)特的地方。我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)看到，即使是在星際空間這樣的惡劣的環(huán)境下也能產(chǎn)生有機(jī)分子。有理由相信，一個(gè)類似于原始地球的環(huán)境，只要有幾億年的時(shí)間，生命就可以發(fā)展起來(lái)，因此，生命發(fā)生的比例等于1；也有一些觀點(diǎn)認(rèn)為，由于周期性的災(zāi)變以及原材料不足，生命在地球型的行星上出現(xiàn)的比例只有大約10%。用l 表示生命發(fā)生的比例。把這個(gè)比例乘到上面給出的式子后面：R×s×S×p×e×l ，就可以得到，在銀河系中，平均每1年到1000年將出現(xiàn)一顆帶有生命的行星。

現(xiàn)在我們來(lái)估算在銀河系中到底有多少個(gè)地方有可能存在生命。為了做出這個(gè)估算，我們還需要一個(gè)數(shù)字，即一個(gè)有生命的星球誕生后能夠延續(xù)的時(shí)間LL。前面講過，只有太陽(yáng)型的恒星才有可能帶有類似于地球的行星，這樣的恒星的壽命長(zhǎng)于100億年。從地球上生命的發(fā)生和發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)看，太陽(yáng)系誕生后約十幾億年，地球上出現(xiàn)了最原始的生命，它們一直演化了約40億年。雖然在這期間曾經(jīng)遇到過多次地質(zhì)史上的大災(zāi)難，但是，到現(xiàn)在為止，生命的蹤跡從未有間斷過?？磥?lái)，生命一旦發(fā)生，就會(huì)有頑強(qiáng)的發(fā)展的力量。因此，有信心認(rèn)為，生命的蹤跡可以一直延續(xù)到這個(gè)行星系毀滅為止。于是，有生命的星球誕生后能夠延續(xù)的時(shí)間可以取100億年。用每年新誕生的有生命的星球的數(shù)目乘這個(gè)時(shí)間，就可以得到當(dāng)前有生命棲息的星球的數(shù)目：

NL=R×s×S×p×e×l×LL

利用上面講到的各個(gè)數(shù)字的不同取值算出的結(jié)果是：一千萬(wàn)到一百億。

如果生命已經(jīng)在一個(gè)地球型的行星上發(fā)展起來(lái)了，那么，這些生命一定能夠演化出智能嗎？這是一個(gè)很難回答的問題，因?yàn)楣┪覀儗?duì)這種可能性進(jìn)行估計(jì)的數(shù)據(jù)太少了。不過，如果我們確實(shí)相信自然選擇和適者生存，如果智能確實(shí)是自然進(jìn)化的一個(gè)必然結(jié)果，那么，幾乎可以肯定，由生命演化出智能的可能性是100%。我們用i 表示這個(gè)數(shù)字。這就是說，在千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)物種中，必定有一個(gè)族類能夠通過自然的進(jìn)化，最終成為具有智能的生物。當(dāng)然，作為證據(jù)，我們只有一個(gè)例子，那就是地球上的人類。于是，在銀河系中，每年有大約R×s×S×p×e×l×i 顆具有智能的星球誕生，或者說，平均每1年到1000年將出現(xiàn)一顆具有智能的星球。也有人不贊成這個(gè)觀點(diǎn)，認(rèn)為智能的出現(xiàn)依賴于一系列可能性很小的事件。比如說，有這樣的觀點(diǎn)認(rèn)為，如果沒有2600萬(wàn)年前出現(xiàn)的生物大滅絕事件，恐龍家族可能至今還是地球上的主宰者，在這樣的環(huán)境下，智能生命也許很難發(fā)展起來(lái)。因此，從生命演化出智能的可能性很低，只有，比如說，一百萬(wàn)分之一。如果對(duì)智能的出現(xiàn)做這樣一個(gè)保守的估計(jì)，那么，在銀河系中，平均每1百萬(wàn)年到10億年將出現(xiàn)一顆具有智能的星球。

如果在一個(gè)星球上僅僅有生命和智能，但這些生命還沒有發(fā)展出可以對(duì)外聯(lián)絡(luò)的技術(shù)，那么，它們的存在與否與我們沒有任何關(guān)系，因?yàn)槲覀儧]有任何方法知道它們的存在。這里所謂的技術(shù)，是指能夠發(fā)射和接收電磁波的技術(shù)。就目前來(lái)說，我們只知道唯一一種檢測(cè)其他行星上的信息的方法，那就是檢測(cè)由那些行星上發(fā)出的電磁波。因此，下一個(gè)需要知道的數(shù)字就是：智能生命發(fā)展出技術(shù)的可能性有多大。這不是一個(gè)容易回答的問題，它涉及社會(huì)、文化、政治、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)等諸多方面的因素。幾百萬(wàn)年前，人類就已經(jīng)來(lái)到這個(gè)世界上。這個(gè)演化了幾百萬(wàn)年的族類，在幾百年前開始營(yíng)造自己的科學(xué)時(shí)代。經(jīng)過幾百年的努力，終于在100年前發(fā)明了我們所需要的技術(shù)。在這個(gè)漫長(zhǎng)的年代里，只要缺失任何一個(gè)環(huán)節(jié)，技術(shù)就不可能出現(xiàn)。因此，對(duì)于這個(gè)可能性，沒有任何合乎邏輯的答案，也無(wú)法做出合乎情理的猜測(cè)。不過，為了使問題更加具體化，讓我們把這個(gè)數(shù)字暫定為一萬(wàn)分之一，并用T 標(biāo)記它。讓我們對(duì)智能出現(xiàn)的可能性取樂觀的態(tài)度，這樣，在銀河系中，每年就有大約R×s×S×p×e×l×i×T 顆具有技術(shù)的星球誕生，即平均每1萬(wàn)年到1000萬(wàn)年將出現(xiàn)一顆技術(shù)型的星球。

現(xiàn)在，我們來(lái)估算一個(gè)最重要的數(shù)字：在銀河系中，平均說來(lái)，能夠有多少個(gè)技術(shù)型的星球在同一時(shí)期存在。這個(gè)數(shù)字取決于技術(shù)型的文明到底能夠延續(xù)多長(zhǎng)的時(shí)間，或者說，技術(shù)型文明的壽命到底有多長(zhǎng)，我們用LT表示這個(gè)數(shù)字。于是，在銀河系中處于技術(shù)型智能階段的星球的數(shù)目

NT=R×s×S×p×e×l×i×T×LT

技術(shù)型文明能夠持續(xù)興旺的時(shí)間到底有多長(zhǎng)呢？這是一個(gè)比任何其他數(shù)字更難以估計(jì)的數(shù)字，因?yàn)槲覀儍H僅有一百年的經(jīng)驗(yàn)。因此，讓我們暫時(shí)不去考慮這個(gè)數(shù)字，先來(lái)看一看，在銀河系中同時(shí)存在兩個(gè)以上有能力相互交流的文明需要一些什么條件。我們假定一個(gè)極端的情況，即一個(gè)技術(shù)型文明行將毀滅時(shí)，另一個(gè)技術(shù)型文明正好誕生，這等于說同時(shí)存在一個(gè)技術(shù)型星球，兩個(gè)接踵而來(lái)的文明交錯(cuò)出現(xiàn)，剛好夠得上相互接觸。在這種極端的情況下，由上面的式子可以得到，LT 的取值范圍從一萬(wàn)年到一千萬(wàn)年！技術(shù)型文明必須至少有這么長(zhǎng)的壽命，才有可能相互交往。這就是說，如果技術(shù)文明能夠持續(xù)一千萬(wàn)年以上，那么，在我們的星系中就有可能找到許多知音。

一個(gè)技術(shù)型的文明能夠持續(xù)那么長(zhǎng)的時(shí)間嗎？20世紀(jì)中葉，哲學(xué)家羅素曾經(jīng)就這個(gè)問題提出詰問：一個(gè)思想和技藝充塞著科學(xué)的社會(huì)，能夠持續(xù)一段長(zhǎng)時(shí)間(例如像古埃及持續(xù)那么長(zhǎng))嗎？或者它內(nèi)部必然有帶來(lái)衰落或爆炸的力量？只要回顧人類的文明進(jìn)程就不難理解這個(gè)詰問有多沉重。人類已經(jīng)在地球上生活了很長(zhǎng)一段時(shí)間了，直到最近，才出現(xiàn)強(qiáng)大的技術(shù)。然而，這樣一個(gè)剛剛出現(xiàn)的發(fā)達(dá)的文明，在這樣短的時(shí)間內(nèi)就已經(jīng)把自己的家園弄得千倉(cāng)百孔，要開始收拾殘局了。戰(zhàn)爭(zhēng)、饑荒、核威脅、空氣污染、全球變暖、物種滅絕、全球臭氧枯竭以及疾病蔓延等問題接踵而來(lái)，而這一切都是在不到100年的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的。如果我們不能利用我們的科技解決這些問題，這樣一個(gè)滿目瘡夷的文明，還能夠延續(xù)多長(zhǎng)一段時(shí)間呢？也許我們已經(jīng)沒救了，也許我們還有希望，未來(lái)到底會(huì)怎樣，一切都掌握在我們自己手中。當(dāng)然，一個(gè)技術(shù)型的文明應(yīng)該能夠持續(xù)至少100年，也許是200年，也許會(huì)更長(zhǎng)一點(diǎn)。這是我們從自己的經(jīng)驗(yàn)中得到的唯一確定的答案。

值得慶幸的是，我們現(xiàn)在已經(jīng)意識(shí)到問題的嚴(yán)重性，并且開始進(jìn)行補(bǔ)救了。如果每一個(gè)像我們這樣的文明都能夠在文明伊始就克服由于科技的發(fā)展而帶來(lái)的自我毀滅的因素，他們就有可能持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，比如說一百萬(wàn)年。另一方面，即使一個(gè)文明由于某種原因毀滅了，但是，生命是頑強(qiáng)的，有些生命可能會(huì)幸存下來(lái)。這樣，再經(jīng)過一段較長(zhǎng)時(shí)間的演化，新的一代智能生命將再次出現(xiàn)，并創(chuàng)造出一種新的文明。不難設(shè)想在10億年內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)這樣的文明的世代更迭，每一代文明將持續(xù)興旺一百萬(wàn)年。如果確實(shí)如我們所設(shè)想的那樣，如果每一代文明確實(shí)可以在文明誕生之初就消除掉自我毀滅的因素，從而可以持續(xù)興旺一百萬(wàn)年，那么，在一顆恒星的壽命的期限內(nèi)，它上面的技術(shù)型文明持續(xù)的總時(shí)間平均來(lái)說就有可能達(dá)到一千萬(wàn)年。如果我們對(duì)上面各種可能性的估計(jì)數(shù)值都取樂觀的數(shù)字，就意味著有可能在本星系中尋找到許多知音。即使是取一個(gè)較為保守的數(shù)字，在銀河系中至少也有一顆技術(shù)型的星球，它就是我們的地球！

在以上的討論中，不管對(duì)各種可能性持怎樣的態(tài)度，我們都能夠得到這樣的結(jié)論：在銀河系中，肯定有無(wú)數(shù)個(gè)角落適合生命休養(yǎng)生息，生命遍布整個(gè)宇宙！這是我們在如此不確定的基礎(chǔ)上所能希望得到的最佳結(jié)果。