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什么東西。

——斯通，物理學家

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

對這個問題的興趣的歷史很長，可以追朔到兩千多年前的古希臘時期。不過，一直到19世紀，才真正從科學的意義上對這個問題進行探討。當時，意大利(那是伽利略的故鄉(xiāng))的一位天文學家斯基帕雷利(Giovanni Virginio Schiaparelli, 1835~1910)通過望遠鏡發(fā)現(xiàn)，火星上布滿了縱橫交錯的條紋(canali，意大利語)。不過，當這些報告被翻譯成英文時，卻被誤譯作“運河” (canals)。翻譯上的這個錯誤竟然戲劇性地引起了人們對火星的興趣，展開了近一個世紀的尋找火星人的熱潮。在經(jīng)過了長達一個世紀的火星生命的探索之后，直到20世紀70年代美國的火星探測計劃為止，所得到的結果并不那么令人樂觀。

1984年，在地球的南極找到了一些據(jù)信來自火星的隕石，因為這些隕石的內部氣泡的氣體成分與火星的大氣的成分很相似。當隕石高速沖入大氣層時，會與地球的大氣發(fā)生摩擦而產(chǎn)生高溫，導致隕石的表層熔化。當這些表層處于熔化狀態(tài)的隕石掉落到地面上時，這層熔化的物質冷卻后就會凝固成一層堅固而密封的保護層，使隕石內部免受地表演化的影響。因此，隕石內部攜帶著它們掉落到地面之前所處環(huán)境的信息。1996年，美國的科學家對其中一塊隕石做了分析，結果顯示，它的內部含有某種與生命可能有聯(lián)系的有機分子。一種觀點認為，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，需要更強有力的證據(jù)。

在太陽系中，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，簡稱木衛(wèi)二，天文學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，密度和月球差不多，表面極光滑，從望遠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、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支持生命發(fā)生與成長的地方。

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，天文學家給它起名為泰坦，簡稱土衛(wèi)六。土衛(wèi)六是太陽系所有衛(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％，甲烷和碳氫化合物各占1％，與早期地球的大氣組成非常相似。

由探測器提供的資料推斷，土衛(wèi)六是一個奇異的世界，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氫化合物構成的雨，星球的表面可能存在有機物堆積。這是人類了解生命起源和各種化學反應的理想場所，對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)顯示太陽系內其他的行星和衛(wèi)星上曾經(jīng)或者正在產(chǎn)生生命。

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

既然我們在地球之外還未找到存在生命的任何證據(jù)，那么，讓我們把這個問題暫時放下，先來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？對于這個問題，我們只能從很不完備的證據(jù)出發(fā)進行推測。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有多大的機會出現(xiàn)生命？生命出現(xiàn)之后，進一步演化出智能的可能性有多大？智能生命最終一定會發(fā)展出電磁波通信技術嗎？技術型的文明有相互接觸的可能性嗎？技術型文明能夠持續(xù)一段很長的時間嗎？

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，所得到的結論完全可以推廣到整個宇宙。在我們的銀河系中，大約有4000億顆恒星，在這滿天繁星中，有多少個星球上面存在生命呢？對這個數(shù)字做一個初步的估算是相當引人入勝的。

這個數(shù)字肯定與每年有多少新的恒星形成有關。天文學家對太空深處做過深入的觀測，所得到的結果是，在銀河系中，每年有大約5到20顆新生的恒星，讓我們取一個大一點的數(shù)字20，并用R 代表這個數(shù)字；然而，并不是所有新生的恒星最終都能夠形成行星系。由多個恒星組成的系統(tǒng)，其內部各點的萬有引力極不穩(wěn)定，行星不可能在這樣的環(huán)境中形成。因此，只有那些單獨存在的恒星才有可能最終產(chǎn)生自己的行星系。天文觀測顯示，在太陽附近的恒星中，大約有一半是單星。將這個觀測結果推廣到整個銀河系，得到單星的比例大約等于0.5，我們用s標記這個數(shù)字。因此，在銀河系中，每年有大約R×s=10顆單獨的恒星誕生。

即使一顆恒星帶有自己的行星，如果這顆恒星的質量太大，那么，在它的行星上也不可能出現(xiàn)生命，因為這樣的恒星壽命太短，生命沒有足夠的時間形成和發(fā)展；如果這顆恒星的質量太小，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，強大的萬有引力會使行星永遠以同一面對著它的太陽，于是，行星的兩個半球將永遠處于干熱和冰凍的狀態(tài)，無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，我們只考慮質量與太陽相當?shù)暮阈?。天文學家估計，在銀河系中，質量與太陽相當?shù)暮阈谴蠹s有10%，用S標記這個數(shù)字。于是，在銀河系中，每年有大約R×s×S=1顆太陽型的恒星誕生。如果在這樣的恒星上有一顆行星，像我們的地球一樣，處于一個得天獨厚的位置上，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)律這個層次上看，一個合理而樂觀的估計是，幾乎所有太陽型的恒星都會最終擁有自己的行星。也有人不同意這個看法，他們認為，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%的太陽型的恒星擁有自己的行星，用p標記這個數(shù)字。這個數(shù)字有多大，需要大量的天文觀測數(shù)據(jù)才能給出最終的結論。恒星離開我們都很遠，那上面是否有行星是不可能直接觀測到的，天文學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單。比如說，由于恒星與行星之間的相互作用會使恒星做微小的晃動，這種晃動可能會導致恒星在視線方向有運動，從而由于多普勒效應使星光的波長發(fā)生變化；對于年輕的恒星，如果存在行星云盤，這個云盤就會拖慢恒星的自轉速率。恒星的自轉速率也可以通過星光的多普勒效應得到。天文觀測顯示，在年輕的太陽型恒星中，大約有一半顯示出存在行星云盤的證據(jù)。

如果一個太陽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？對太陽系的研究給出了這個比例的兩種觀點。樂觀的估計認為，每一個太陽型恒星都帶有至少一個類似于地球的行星；另一種不那么樂觀的估計認為，這個數(shù)字只有10%。我們用e 表示存在地球型行星的可能性，這個數(shù)字是不可能通過天文觀測直接得到的，它與我們所掌握的有關行星的探測資料、所使用的行星起源的模型有關。有了這個數(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 這兩個數(shù)字的數(shù)值有一個取值范圍，因此，用這個公式將得到，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？對生命的起源這個問題的探討使我們相信，在這方面地球并沒有什么獨特的地方。我們在前面已經(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)生有機分子。有理由相信，一個類似于原始地球的環(huán)境，只要有幾億年的時間，生命就可以發(fā)展起來，因此，生命發(fā)生的比例等于1；也有一些觀點認為，由于周期性的災變以及原材料不足，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)在我們來估算在銀河系中到底有多少個地方有可能存在生命。為了做出這個估算，我們還需要一個數(shù)字，即一個有生命的星球誕生后能夠延續(xù)的時間LL。前面講過，只有太陽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于100億年。從地球上生命的發(fā)生和發(fā)展的經(jīng)驗看，太陽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)遇到過多次地質史上的大災難，但是，到現(xiàn)在為止，生命的蹤跡從未有間斷過?？磥?，生命一旦發(fā)生，就會有頑強的發(fā)展的力量。因此，有信心認為，生命的蹤跡可以一直延續(xù)到這個行星系毀滅為止。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)目乘這個時間，就可以得到當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數(shù)字的不同取值算出的結果是：一千萬到一百億。

如果生命已經(jīng)在一個地球型的行星上發(fā)展起來了，那么，這些生命一定能夠演化出智能嗎？這是一個很難回答的問題，因為供我們對這種可能性進行估計的數(shù)據(jù)太少了。不過，如果我們確實相信自然選擇和適者生存，如果智能確實是自然進化的一個必然結果，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 表示這個數(shù)字。這就是說，在千千萬萬個物種中，必定有一個族類能夠通過自然的進化，最終成為具有智能的生物。當然，作為證據(jù)，我們只有一個例子，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。也有人不贊成這個觀點，認為智能的出現(xiàn)依賴于一系列可能性很小的事件。比如說，有這樣的觀點認為，如果沒有2600萬年前出現(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。因此，從生命演化出智能的可能性很低，只有，比如說，一百萬分之一。如果對智能的出現(xiàn)做這樣一個保守的估計，那么，在銀河系中，平均每1百萬年到10億年將出現(xiàn)一顆具有智能的星球。

如果在一個星球上僅僅有生命和智能，但這些生命還沒有發(fā)展出可以對外聯(lián)絡的技術，那么，它們的存在與否與我們沒有任何關系，因為我們沒有任何方法知道它們的存在。這里所謂的技術，是指能夠發(fā)射和接收電磁波的技術。就目前來說，我們只知道唯一一種檢測其他行星上的信息的方法，那就是檢測由那些行星上發(fā)出的電磁波。因此，下一個需要知道的數(shù)字就是：智能生命發(fā)展出技術的可能性有多大。這不是一個容易回答的問題，它涉及社會、文化、政治、經(jīng)濟和科學等諸多方面的因素。幾百萬年前，人類就已經(jīng)來到這個世界上。這個演化了幾百萬年的族類，在幾百年前開始營造自己的科學時代。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。在這個漫長的年代里，只要缺失任何一個環(huán)節(jié)，技術就不可能出現(xiàn)。因此，對于這個可能性，沒有任何合乎邏輯的答案，也無法做出合乎情理的猜測。不過，為了使問題更加具體化，讓我們把這個數(shù)字暫定為一萬分之一，并用T 標記它。讓我們對智能出現(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 顆具有技術的星球誕生，即平均每1萬年到1000萬年將出現(xiàn)一顆技術型的星球。

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

NT=R×s×S×p×e×l×i×T×LT

技術型文明能夠持續(xù)興旺的時間到底有多長呢？這是一個比任何其他數(shù)字更難以估計的數(shù)字，因為我們僅僅有一百年的經(jīng)驗。因此，讓我們暫時不去考慮這個數(shù)字，先來看一看，在銀河系中同時存在兩個以上有能力相互交流的文明需要一些什么條件。我們假定一個極端的情況，即一個技術型文明行將毀滅時，另一個技術型文明正好誕生，這等于說同時存在一個技術型星球，兩個接踵而來的文明交錯出現(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 的取值范圍從一萬年到一千萬年！技術型文明必須至少有這么長的壽命，才有可能相互交往。這就是說，如果技術文明能夠持續(xù)一千萬年以上，那么，在我們的星系中就有可能找到許多知音。

一個技術型的文明能夠持續(xù)那么長的時間嗎？20世紀中葉，哲學家羅素曾經(jīng)就這個問題提出詰問：一個思想和技藝充塞著科學的社會，能夠持續(xù)一段長時間(例如像古埃及持續(xù)那么長)嗎？或者它內部必然有帶來衰落或爆炸的力量？只要回顧人類的文明進程就不難理解這個詰問有多沉重。人類已經(jīng)在地球上生活了很長一段時間了，直到最近，才出現(xiàn)強大的技術。然而，這樣一個剛剛出現(xiàn)的發(fā)達的文明，在這樣短的時間內就已經(jīng)把自己的家園弄得千倉百孔，要開始收拾殘局了。戰(zhàn)爭、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，而這一切都是在不到100年的時間內發(fā)生的。如果我們不能利用我們的科技解決這些問題，這樣一個滿目瘡夷的文明，還能夠延續(xù)多長一段時間呢？也許我們已經(jīng)沒救了，也許我們還有希望，未來到底會怎樣，一切都掌握在我們自己手中。當然，一個技術型的文明應該能夠持續(xù)至少100年，也許是200年，也許會更長一點。這是我們從自己的經(jīng)驗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)意識到問題的嚴重性，并且開始進行補救了。如果每一個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)展而帶來的自我毀滅的因素，他們就有可能持續(xù)相當長的時間，比如說一百萬年。另一方面，即使一個文明由于某種原因毀滅了，但是，生命是頑強的，有些生命可能會幸存下來。這樣，再經(jīng)過一段較長時間的演化，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。不難設想在10億年內將會出現(xiàn)這樣的文明的世代更迭，每一代文明將持續(xù)興旺一百萬年。如果確實如我們所設想的那樣，如果每一代文明確實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)興旺一百萬年，那么，在一顆恒星的壽命的期限內，它上面的技術型文明持續(xù)的總時間平均來說就有可能達到一千萬年。如果我們對上面各種可能性的估計數(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。即使是取一個較為保守的數(shù)字，在銀河系中至少也有一顆技術型的星球，它就是我們的地球！

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