第5章 走向银河（上）（2/2）

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寻找外星生命，我们首先要明确寻找的目标以及从何处开始。怎样在看似无限的可能性中确定搜索范围？我们深知，大自然有其自身的运行规律。无论外星生命多么奇特，都不可能摆脱我们宇宙的物理和化学规律。环境决定了外星生命的进化形式，尽管如此，依然存在无穷的可能性。数万亿颗行星，每一颗都拥有独特的化学环境。

这座宇宙生命博物馆可分为两个展区：已知生命形式和未知生命形式。已知生命形式展区展示像我们一样的生化有机体；未知生命形式展区则展示那些让人大开眼界的生命体。

在开始探索之前，我们不禁要问：外星生命会不会与我们有相似之处？

1号展区：已知生命形式

如果说我们与这里的展品有什么共同之处，那一定是碳元素。碳元素无处不在，是宇宙中最常见的元素，且容易形成稳定的大分子。碳原子最外层有4个电子，可以与自身或其他元素形成稳定的四键连接，进而组成复杂的大分子。这是碳元素成为制造生命主要成分的原因。而且，地球上的碳基化合物结构也出现在遥远的陨石和宇宙尘埃之中，说明组成生命的成分遍布整个宇宙。可供天外生命选择的碳基化合物结构种类繁多，科学家已经发现了100多万种可能的dNA结构，它们都是碳基的。如果还存在其他碳基生物，我们将与它们具有同源关系，它们就是我们宇宙的远亲。

他们长得会像我们吗？如果他们的生存环境与地球类似，那么我们之间将有许多相似之处。其他星球上的生命会进化成什么模样？是像地球上的生物一样，还是截然不同？许多人认为，根据区域同性化理论，如果那些星球的环境与地球相似，那么那里的生物在外形上就会与我们很接近。那里的动物和植物看上去会很眼熟，因为地球生物的许多机能，如视觉、回声定位、飞翔等，都在许多物种身上独立进化出来了。这种趋同进化在其他类地行星上很有可能也存在，因为生物面临着相似的环境压力。这些生命形式很可能表现出某种共同规律，仿佛风靡整个宇宙的时尚流行。不过，每一种功能都会根据具体环境做出调整。例如，昏暗的光线将会催生更大的眼睛，就像夜行哺乳动物那样。

有些人甚至认为，其他星球上也会出现类人生物。但考虑到人类的进化是一系列错综复杂事件的结果，类人生物似乎不太可能出现在其他星球上。然而，我们无法排除这种可能性。就算在100万颗类地行星中只有一颗能孕育出类人生物，那也将产生数以千计的类似人类的物种。不过，我们更有可能发现的是食物链底端的生物。趋同进化在植物界也很普遍，至少有40多个地区的植物独立进化出了光合作用。

外星植物会与地球植物相似吗，还是截然不同？地球植物呈绿色，是因为它们吸收了太阳光中其他波长的光而反射绿光。但是，宇宙中的恒星有着不一样的光谱。外星植物为了适应它们的恒星，很可能会进化出不一样的颜色。例如，靠近炙热恒星的植物为了吸收能量更高的蓝光，可能显得偏红；而在昏暗的行星上，为了尽可能吸收所有光线，植物可能会变成黑色。地球早期可能呈紫色，因为那时的微生物利用视黄醛进行光合作用，而不是叶绿素。有人认为视黄醛结构简单，出现在宇宙其他地方的可能性更大。果真如此的话，我们也许会发现紫色是外星植物最喜欢的颜色。植物的颜色不只是一种景观，它携带的化学信息在数光年之外都能被观察到。地球的反照光谱有一个明显的波峰，因而呈现绿色。寻找类似光谱有可能发现其他孕育植物的行星。这一幕也许就是我们发现外星生命的信号——来自外星生命的一抹紫色。

但是，对生命影响最大的不是天上的恒星，而是行星本身。如果行星的自转时长、自转轴倾角、公转轨道或重力等发生改变，会对生命产生什么影响呢？具有长椭圆形轨道的行星会经历极端的季节变化，生命也许会经历数千年的寒冬，又突然迎来春天。目前发现的宜居行星大多是超级地球。这些行星上的生命会进化成什么样子呢？在海洋里，重力对进化的影响也许并不大；但在陆地上，高重力的影响就会很明显。不过，在生命诞生的海洋里，重力的作用就不那么显着了，因为生命与环境的密度几乎相同。只有当动物登上陆地后，它们才会明显感觉到重力的存在。高重力将催生具有巨大骨骼和强韧肌肉的陆生生物，它们也需要更强大的消化系统。在高重力环境下，植物的生长很可能受限。而低重力行星则难以维持足够的大气层，同时也将缺乏磁场来抵御宇宙射线。但是，某些秘密地点也许会成为生命的天堂，例如巨大的地下洞穴。地下洞穴有稳定的温度，同时远离宇宙射线，生命可以在这里繁衍生息。据估计，最小的适合生命繁衍的行星质量只有地球的2.5%。如果这类行星上出现了生命，那将颇为壮观。在较低的重力下，植物可以长到很高，把养分带到更高的地方；动物则不需要巨大的骨骼和强韧的肌肉，它们将拥有令人难以置信的体型。

也许宇宙中的大型复杂生命远没有我们想象的这么丰富。地球生命进化了30亿年才产生复杂的动植物。相比之下，简单的有机体更耐寒、适应性更强、分布更广。因此，宇宙生命博物馆最大的展馆可能是微生物馆。即使发现最微小的外来微生物，也有着深远的意义。最小的生命也将携带惊人的信息。就像地球上的叠层石一样，随着时间推移，一层层微生物可能堆积成巨大的岩石球，记录下进化的历程。如果数量足够大，细菌还可以给出独特的生物信号，比如通过呼吸产生氧气和甲烷。在没有生命的情况下，单独出现氧气或甲烷都是有可能的；但如果两者同时出现，则几乎可以断定该行星表面存在生物。这种生物信号会在行星的反照光谱上反映出来。下一代太空望远镜将有能力在不太远的太空中找到这样的信号。最近的处在宜居带中的类日恒星和类地行星有可能距我们不过20光年，甚至可以用肉眼观察到。

除了类地行星外，也许还有更容易寻找的目标——比恒星小、比行星大的褐矮星。大多数褐矮星温度都太高，无法容纳已知的生命形式；但有一些褐矮星温度足够低，在它们的大气层中已经探测到了孕育生命所需要的基本元素。某些云层也许能够为繁衍生命提供理想的温度和压力。例如，可以进行光合作用的浮游生物可以借助向上搅动的气流漂浮在空中；如果气流足够强，甚至可能出现更大、更复杂的生命体，比如捕食性动物。仅银河系就有250多亿颗褐矮星，它们都有可能为创造生命提供条件。

生命博物馆中的第一个标本很可能不是来自类地行星或褐矮星。这引出了一个至关重要的问题：我们的探索方向会不会错了呢？如果大自然另有打算呢？

2号展区：未知生命形式

对于维持生命所需的水和化合物来说，宇宙的大部分区域不是温度太高就是太低了。但是为了避免被自己的偏见误导，我们必须拓展视野，在那些看似无法孕育生命的宜居带之外寻找生命。奇异的环境将催生奇异的生化结构。虽然任何元素都不能与碳的多样性相媲美，但是有一个元素却非常接近——硅。乍一看，硅与碳非常相似：它的原子最外层同样有4个电子，而且在宇宙中随处可见。但仔细观察就会发现它们之间存在细微差异：硅的化学键稳定性较差，不易形成较大的复杂分子；但硅的化合物却能承受极端的温度，从而带来更多的可能性。硅基生命抵御严寒的能力比碳基生命强，因此可能会出现更怪异的生命形式。但硅有一个问题：在有氧环境下它会与氧结合成固体。因此，硅基生命也许只能在无氧环境下生存，例如土星冰冷的卫星泰坦。泰坦上有由液态甲烷和乙烷组成的大湖，也许是孕育硅基生命和其他奇异生命的理想环境。像泰坦这样缺乏阳光的星球上的生物很可能是化学合成的——它们通过分解岩石获得能量。这类生命的新陈代谢极其缓慢且生命周期很长——甚至以百万年计。

冰冷的世界并非天外生命唯一的港湾。在高温环境下，典型的刚性硅氧键会变得具有弹性和活性并引发更活跃的化学反应——这有可能催生一种生活在岩浆中的硅基怪物。理论上来说，这种硅基生物也有可能存在于地球的岩浆里。果真如此的话，那外星人就在我们眼皮底下！

人们还提出了其他可能存在的生命形式——那些就生活在我们身边却不为我们所知的生命形式。它们包括微小的RNA生命体（小到无法被现有仪器发现）以及等离子体生命体等。尘埃云和空旷的太空似乎是最不可能找到生命的地方；但当宇宙尘埃遇到等离子体时会发生奇怪的事情——在模拟实验中人们发现尘埃粒子自发地形成了类dNA的螺旋结构！这些等离子晶体甚至表现出类似生命的行为：自我复制、进化成更稳定的形式并传递信息！可以认为这些晶体就是生命吗？有些研究人员认为它们满足无机生命形成的所有标准！到目前为止它们只出现在计算机的模拟实验里；但有人推测可以在天王星环的冰粒子中找到它们！

等离子体是宇宙中最常见的物质状态之一；如果复杂的等离子晶体真的存在并且被认定为生命的话，那它将是最普遍的生命形式之一！或许生命正潜伏在两极颠倒的环境里——例如死星内部！某些大质量的恒星爆炸后会坍缩成致命的星体——称为中子星！大量的原子核像沙丁鱼一样挤在一起；其表面重力比地球强1000亿倍！但是在这铁壳之下却有着奇特的景象——由中子和其他亚原子粒子组成的炙热海洋！丢掉了外层电子的这些粒子将遵循完全不同的化学规律——处于支配地位的力不再是电磁力而是强大的能约束原子核的核力！理论上来说这些粒子可以组合起来形成更大的聚合体；

形成更大的聚合体，随后又可以结合成更大的超级核心。如果是这样，那么这个奇特的环境将为创造生命提供最基本的条件。重核分子漂浮在复杂粒子的海洋中，有些科学家大胆猜测，在这奇异的粒子海洋中可能存在生命。它们的生死和进化速度之快，快到我们无法理解的程度。我们可能永远没有机会发现这种奇异的生物，但也许有希望找到另一种更奇特的生命形态。生命不一定都是自然进化的产物，还有可能是被设计出来的。如果进化过程中出现了智能干预，那就仿佛打开了潘多拉的魔盒，摆脱了生物学上的限制。合成生物和机器生物可能会成为最成功的生命形式，它们几乎可以在任何地方存活，包括太空中的真空地带，开辟出有机生物无法涉足的广阔领域。

与自然选择缓慢的速度相比，技术进化将大幅提高生物的繁衍速度、适应性和韧性。据估计，主动自我复制的机器可以在短短100万年内占领整个星系。我们无法预测，硅的电学性质可能使它成为机器智能的基本材料，这种智能是对其生理缺陷的一种弥补。由于具备独特的优势，机器生命甚至可能成为进化的终点，即最终的生命形态。随着宇宙年龄的增长，智能机器也许将占据统治地位，而自然进化的生命将被视为一个奇特的起点。也许我们正在经历这一转变过程，而人类的出现仅仅是这个宏大宇宙生命链的第一环。

目前，我们仍然是宇宙生命博物馆中唯一的已知生物。为了真正认清自己，我们必须知道我们是否是宇宙中唯一的生命。洛伦·艾斯利说过：“人只有通过另一种生命的眼睛看到自己时，才算真正认识自己。”有一天，那眼睛很可能来自一个有智慧的外星生物。我们越早抛弃狭隘的进化观，就能越早认清我们从哪里来，到哪里去。我们已经知道天外生命可能的模样，也知道如何寻找它们，现在唯一要做的事情就是去寻找。

量子隐形传态

是一种利用量子纠缠将所谓的量子信息传到很遥远的地方的技术，而不传送信息载体本身。那么这里面的原理就相当于，比如说我在北京开会，今天赶不过来了，那么怎么能够很快到达呢？飞机来不及了，那么我们可以想象一种所谓的隐形传态的方法。比如说，北京和杭州之间有很多纠缠的物质，那么把北京的我与那团纠缠物质做一点超重的测量，会测到一个测量数据。这种数据通过无线电台传到杭州，那么我们在杭州就可以用同样多的物质分子把我构造出来。这种现象就叫做量子隐形传态。当然，我们要传送人还比较困难，因为人由10的28次方的粒子构成，太困难了。但是如果我们传送几十个、几百个粒子是完全可以的。

修改后的文本如下：

无穷和0可以相等吗？

在数学中，无穷和0在特定情境下可以被视为有某种关联，但这种关联并非简单的相等。要深入理解这层关系，我们需要站在更高的维度，拥有更广阔的视野。在我们现实的三维世界里，要获得一个更高的维度和视野来观察无穷和0之间的关系，确实需要一些想象力和理解力。

诺贝尔物理学奖得主罗杰·彭罗斯曾对此有过深入探讨。他表示，三维世界的我们想要拥有更高维度的视野，可以构造一个符合一切宇宙规则的四维坐标系。虽然说起来简单，但想要构建一个既符合广义相对论，又符合爱因斯坦方程，还能囊括整个无限宇宙的四维坐标系，确实是一件非常困难的事情。不过，这正是科学探索的魅力所在。

彭罗斯先构建了一个简单的四维坐标系，将三维空间作为横轴表示空间，再加上一个时间维度作为纵轴。为了让这个坐标系符合广义相对论和爱因斯坦方程，并且能够容纳无限的宇宙，彭罗斯进行了复杂的计算，并对坐标系进行了变形。变形后的坐标系呈现出一个正方形，正方形的四个顶点分别表示无穷远的未来、无穷远的过去以及空间上的无穷远，而四条边则表示了宇宙的边界，彭罗斯称之为“永恒边界”。

根据他的计算，自然界中有质量的物质永远不可能达到永恒边界，因为它们无法超过光速，从而无法逃脱时空的束缚。在这个坐标系中，物质的路径大同小异，既起始于无穷远的过去，消散于无穷远的未来。而一旦拥有光速，时空的束缚就不再存在，可以从宇宙的一个边界瞬间到达另一个边界。

彭罗斯还根据这些特点断言，我们的宇宙是在循环的。一轮循环的开始起始于一切都没有的零点，随着时间的推移，宇宙开始变大，物质开始变多。当这一切都接近于无限大的时候，宇宙就会到达一个“奇点”，此时一切物质又都消散湮灭，回到了一个啥都没有的状态。因此，这个无穷大的奇点和最开始那个啥都没有的零点在某种意义上可以视为相等，这大概就是现实中的“无穷等于0”吧。这也意味着黑洞可能既是无穷也是0，既是宇宙的边界和终点，也是另一个宇宙的边界和起点。

外星人在哪里？

人类是否是宇宙中唯一的文明？根据宇宙演化的基本法则之一——平庸原理，宇宙中的万物在本质上都遵循相同的数学和物理学规则，我们人类并没有特别之处。因此，既然这个宇宙能够演化出人类文明，那么在理论上就有可能演化出其他外星文明。

虽然诞生智慧生命的概率极小，但从整个宇宙138亿年的时间尺度和930亿光年的空间尺度来看，这种小概率事件在一定程度上也是近乎必然会发生的。天文学家法兰克·德雷克于1960年提出了一条计算外星文明数量的方程式，根据这个公式我们可以推算出银河系内智能文明的数量。

银河系中恒星的数量大概有2000亿到4000亿颗，其中类似地球这样适宜生命生存的行星至少有1000万颗。地球用了46亿年的时间演化出了智慧生命，而银河系的年龄大概有131亿年。那么按照保守估计，这些类地行星中至少有1%演化出了智能文明。并且在这10万个外星文明中，有很多都比地球先进数万年甚至数亿年。

而这仅仅只是在银河系内。天文学家根据哈勃望远镜观测到的星系密度估算，可观测宇宙中大约有2万亿个星系，其中恒星的数量甚至远远超过了地球上所有沙子的总和，行星的数量更是一个无法计算的天文数字。所以在如此庞大的基数下，外星文明几乎是必然存在的。

根据平庸原理，不管外星生命是什么样的形态和生存方式，都必须受制于宇宙中最基本的热力学定律。科技的发展必然需要利用能源，而任何星球的资源都是有限的，所以文明发展到一定的阶段，必定需要向外扩张采集能源。苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫根据利用能源的程度将智慧文明划分了三个等级。

然而，尽管我们做出了这些推测和计算，至今为止我们还没有发现任何外星人存在的可靠证据和迹象。为什么应该充满宇宙飞船的银河系却一片寂静？这个问题也困扰了许多的科学家们，这就是着名的费米悖论。

科学家们为了解释这个悖论提出过很多种假说，其中最主流的几种假说包括：外星人根本不存在、宇宙动物园假说、距离限制、大过滤器假说以及黑暗森林法则等。这些假说各有其合理性和局限性，目前都没有办法被完全证明或否定。

在广袤无垠的宇宙中，很难相信仅仅存在我们人类这一个文明。当你仰望星空的时候，是否想过在遥远的星河中，也有一双眼睛正在凝望着同样孤独的我们？

硅基生命长相和母星的生活环境会是什么...

碳基生命相关解析

什么是硅基生命？宇宙中是否存在智慧型硅基生命？若存在，其模样、与碳基生命相比的优劣势又如何？在探讨这些前，得先了解碳基生命。

以人体为例，人体由众多细胞构成，细胞含蛋白质、核酸、糖分等物质，细分后成各种有机分子，有机分子即碳基分子，因其以碳元素为骨架，可将碳元素想象成树干，氢、氧、氮等元素如同树叶依附其上，二者构成有机分子。

碳元素在人体中至关重要，能组合各元素形成有机分子，缺了它就没碳链骨架，人体也就不存在了，所以以碳为分子骨架的生命体就是碳基生命。地球上已发现的生命形式都是碳基生命，无论植物、动物还是微生物，都选碳作生命基础元素。

那地球生命为何独爱碳元素呢？从物理层面分析，碳原子最外层有四个电子，可与其他原子形成4个共价键，共价键越多，捕获元素越多，分子结构越复杂。碳元素共价键最多，而氢只能形成1个共价键，氧只能形成2个，以氢或氧打造生命，化合物种类单一，就像搭积木，插槽少结构就简单，碳元素像四面有插槽的积木，能搭出复杂结构。人体含数百万种有机分子，只有碳基分子能满足要求，氢、氧做不到。

再看硼元素，其最外层有3个电子，能形成3个共价键，虽理论上能形成复杂结构，但它在地壳中含量极少，仅0.001%，且不易自身结合形成硼链骨架，没骨架就没复杂分子结构，所以也被排除在外。

硅元素与地球碳基生命主导原因

科学家注意到硅元素，它和碳同属元素周期表一列，最外层电子数都是四个，能形成四个共价键，还可自身结合形成硅链骨架结构，这让部分科学家觉得宇宙中可能存在硅基生命。

地球硅含量达28%，比碳丰富，石头、沙子都含硅，按说地球更易诞生硅基生命，可现实是碳基生命主导地球。

这是因为硅原子核外有三层电子，比碳多一层，其外层电子离核远，受束缚力弱，两个硅原子结合形成的硅链不如碳链稳定，有机分子多样性受影响，硅基分子无法与庞大的碳基分子相比，所以地球生命选了碳元素，因其打造生命优势明显。

硅基生命可能诞生的星球环境及特点（基于液体假说）

宇宙浩瀚，行星众多，环境各异，有些恶劣环境可能更适合硅基生命。若存在这样的星球，环境会怎样，硅基生命又有何特点呢？

先看地球生命诞生假说，有一种较可靠的说法是生命诞生依赖介质，水是理想介质，空气流动快，有机物难聚合反应，陆地缺乏流动性，无法汇聚有机物，而水有良好流动性与亲和力，最初简单有机分子在水流推动下反应形成更复杂分子，如氨基酸，进而组合成细胞。

若此假说成立，硅基生命诞生的星球上，首个硅基细胞大概率诞生在液体里，但不会是水，因为液态水对应的温度适合碳基生命。硅基生命耐寒耐热性好，在极端温度下才更易出现。像液态甲烷、乙烷、氨等低温液体可作溶剂，氨在零下34°c就呈液态，若星球低温且充满液态氨，就可能诞生硅基生命，换作甲烷需零下162°c、乙烷需零下89°c（以地球标准大气压为准，气压高时温度要求会变），不过低温还是必要的。

若星球气压高，重力往往也大，硅元素比碳重，硅基生命一出生就面临高压高重力环境，久而久之会进化得强壮、肌肉发达，甚至可能进化出类似螃蟹的外骨骼。像硅藻，虽是碳基内核，但细胞壁含二氧化硅，结构坚硬能透光、防护，硅基生命也可能进化出类似坚硬外壳对抗极端环境。

硅基生命在光照条件下的特点

除液体外，阳光和大气对生命进化也重要。

从光照角度看，若星球温度低，光照往往微弱甚至没有，没有光照就没光合作用的植物，似乎硅基生命就无法存在，但事实未必如此。地球上天麻这种植物不需光照，靠与真菌共生获取养分，所以即便星球无光照，植物也可能借助微生物存活，有了植物，食物链就能形成。

若星球漆黑，硅基生命无需进化出眼睛，不过其听觉、嗅觉系统会更发达，甚至可能进化出类似蝙蝠、海豚的超声波能力用于捕食和躲避追捕，且它们可能无色或透明，因为色素没意义了。若星球有微弱光照，硅基生命可能进化出大眼睛捕捉光线，或身体部位能发光适应昏暗环境，相应地，植物可能进化成纯黑色以便吸收各种光线进行光合作用。

硅基生命在大气条件下的特点及智慧型硅基生物诞生条件

再看大气条件，若星球有氧，硅基生命也需呼吸，但其呼吸产生二氧化硅这种固体，不像二氧化碳易排出体外。不过生命总有办法，硅基生命可能进化出特殊排沙方式，比如皮肤或鳃具备排出沙子的功能，也可能存在以二氧化硅为食并释放氧气的物种维持生态圈平衡。

若星球无氧，硅基生命可能进化出无氧呼吸或发酵功能，但这会降低能量获取效率，导致其体型矮小、生长繁殖周期长、进化效率低，难以进化成智慧生物。

总之，若想诞生智慧型硅基生物，星球需具备以下条件：一是有氨、甲烷、乙烷等液体作生命诞生溶剂（氨较理想，零下34°c成液态）；二是有微弱光照利于植物诞生，丰富生态圈；三是有充足氧气提升能量获取，保障繁衍进化效率，使生物个体高大，为进化成智慧生物打基础。

以上是基于生命诞生于液体假说的推论，若抛弃此假说，硅基生命可能性会大增，毕竟它耐寒耐热，宇宙又如此广阔，说不定在极端环境星球上会有奇特的硅基生命形态出现。