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天体生物学——对外星生命的研究——自 20 世纪 60 年代起源以来取得了长足的进步，当时进化生物学家乔治·盖洛德·辛普森嘲笑它是“一门没有主题的科学”。今天，它比以往任何时候都更加蓬勃发展，这得益于公众持久的高度兴趣和稳步增长的科学声誉。
在上周的新闻发布会上，两位 NASA 高级官员——该机构的首席科学家艾伦·斯托凡和 NASA 科学项目的前宇航员兼副局长约翰·格伦斯菲尔德——预测天体生物学家最终将在未来一二十年内找到他们难以捉摸的外星研究对象。不久前，这个预测还是大胆的，但现在看来几乎已经过时了，因为越来越多的证据表明，我们所知的生命的温暖潮湿的条件在宇宙中普遍存在。当然，简单的单细胞生命应该在那里很常见，等待着被火星地下盐水中的探测器发现，或者被送往探测木卫二冰冷卫星海洋的任务发现，甚至可以通过太空望远镜凝视围绕遥远恒星运行的类地行星来发现。NASA 为所有这些努力提供了慷慨的资金。
另一方面，可能存在智慧外星人和外星文明仍然更具争议，并且几乎没有资金支持。即便如此，半个多世纪以来，一小部分分散的天文学家一直在逆流而上，从事对外星智慧的搜索（SETI）。SETI 主要寻找健谈的宇宙文化，这些文化可能正在使用无线电波或激光脉冲在我们星系区域周围发送信息。但它的星际窃听尚未检测到任何经得起仔细审查的信号。即使充满生命，对我们来说，星系似乎也是一个非常安静、相当孤独的地方。
现在，新的结果表明，这种孤独感可能会延伸到我们星系之外的宇宙深处，或者，相反，我们对外星文明行为的一些先入为主的观念存在严重缺陷。在检查了大约 10 万个附近的星系后，由宾夕法尼亚州立大学天文学家杰森·赖特领导的一个研究团队得出结论，其中没有任何星系包含高度发达的科技文明的明显迹象。该研究发表在The Astrophysical Journal Supplement Series上，是迄今为止同类研究中规模最大的一次——早期的研究只粗略地调查了大约一百个星系。
热量多于光
与传统的 SETI 调查不同，赖特和他的团队没有寻找来自恒星的信息。相反，他们根据物理学家弗里曼·戴森在 1960 年提出的一个想法，寻找银河系规模殖民的热力学后果。戴森假设，不断发展的技术文化最终会受到能源获取的限制，而先进的、能源饥渴的文明将被驱使去收集来自其恒星的所有可用光。为了做到这一点，他们可能会拆除一两个行星作为原料，用于建造包裹恒星的太阳能收集器群。当恒星被包裹在这样的“戴森球”中时，它的光线会减弱，但戴森指出，这些结构可以通过它们辐射出的废热的中红外光芒来检测到——本质上与你的电脑运行时发热的现象相同。1963 年，俄罗斯天文学家尼古拉·卡尔达舍夫扩展了这些想法，开发了一个三分法分类系统来衡量文明的能源使用量。“1 型”文明将利用其母星的所有能量，而 2 型文明则利用其恒星的所有能量，可能通过在其周围建造戴森球来实现。3 型文明将能够利用其星系的所有能量，大概是通过将所有恒星都包裹在戴森球中来实现。
赖特的团队无法从 NASA 或国家科学基金会等标准来源获得资金，转而求助于坦普尔顿基金会，这是一个私人组织，长期以来一直支持有争议的和推测性的研究。有了这笔资金，该团队在美国宇航局的广域红外巡天探测器 (WISE) 的全天目录中搜索了 3 型文明。他们寻找在光学上昏暗但在中红外波段明亮的天体——这是充满吸收星光、发射热量的戴森球的星系的预期特征。在使用软件自动筛选了 WISE 目录中的约 1 亿个天体后，赖特的学生罗杰·格里菲斯手动检查了剩余的候选天体，剔除了那些不是星系或明显的仪器伪影的天体。
结果是大约 10 万个星系，其中约有 50 个星系发出的热量远多于光。加州州立理工大学波莫纳分校的学生杰西卡·马尔多纳多随后查阅了天文文献，以确定关于这些顶级候选星系的已知信息。其中许多星系都经过深入研究，可以解释为正在合并的星系对，或解释为孤立的“星爆”星系——这两个过程都可以加热星系数量的阻光尘埃，从而产生强大的红外光芒。研究人员表示，另外 90 个热光比较低的星系值得进一步研究，但总的来说，结果为零。“在卡尔达舍夫等级中，3 型文明使用的能量相当于一个星系产生的所有星光，”赖特说。这相当于一个红外波段明亮但似乎没有恒星的星系。“我们查看了我们在 WISE 目录中能找到的最近、最大的 10 万个星系，但我们从未看到过。十万个星系，没有一个有这种特征。我们在样本中没有发现任何 3 型文明，因为根本没有。”
即使先进文明不建造戴森球，赖特的零结果也适用于在星系尺度上发生的任何其他能源密集型“天文工程”。“像赖特和他的同事们那样寻找光的缺失以及废热，真的很酷，”费米国家加速器实验室的天体物理学家詹姆斯·安尼斯说，他在 20 世纪 90 年代末使用不同的方法调查了一百多个附近的星系，寻找 3 型文明。“在某种意义上，星系文明如何获得或使用其能量并不重要，因为热力学第二定律使能量使用难以隐藏。他们可以建造戴森球，他们可以从旋转的黑洞中获取能量，他们可以在星系寒冷的边缘建造巨大的计算机网络，而所有这些都会产生废热。赖特的团队直接找到了你期望看到任何废热的曲线峰值，但他们只是没有看到任何明显的东西。”
反对帝国
可能存在银河帝国的想法，实际上来自于对我们地球自身情况看似合理的推断。
我们知道，至少在一个星球上出现了微生物生命，然后生命沿着进化阶梯攀升，构建了大型身体、大脑、社会，并最终构建了可以将其带到其他行星（甚至其他恒星）的技术。如果它发生在我们这里，为什么不会发生在天文学家现在估计每个星系中都有数十亿个其他宜居行星上呢？“生命一旦成为太空旅行者，似乎可以在短短 5000 万年内穿越一个星系，”安尼斯说。“与行星和星系数十亿年的时间尺度相比，5000 万年是一个非常短的时间。你可能会期望生命在宇宙存在至今的近 140 亿年中多次纵横交错一个星系。太空旅行文明可能很少见且孤立，但只需要一个文明想要并且能够改造它的星系，你就能看到它。如果你观察足够多的星系，你最终应该会看到一些明显是人造的东西。这就是为什么我们越看，一切看起来越自然，就越令人不安。”
多年来，研究人员为 SETI 未能找到任何外星人创造了大量的可能解释。也许我们是孤独的，或者天体物理学和生物学施加的某些限制使得智慧生命极其稀有，或者技术文明总是自我毁灭，或者星际旅行太难、太慢或太无聊。安尼斯怀疑，在宇宙早期更频繁发生的被称为伽马射线暴的星系灭菌天体物理爆炸，直到最近才抑制了先进文明的兴起，并且我们居住在“历史的开端”。
但正如科学文献中充满了想法一样，一些最引人入胜的想法反而来自科幻小说。科幻作家卡尔·施罗德在 2011 年借鉴了亚瑟·C·克拉克的名言“任何足够先进的技术都与魔法无异”，为外星人的明显缺失提出了一个非常合理的理由：“任何足够先进的技术都与自然无异。”在这种观点看来，技术的未来将不是星际跳跃文明像野火一样在星系中蔓延，分解行星和扼杀太阳，而是缓慢发展的文化越来越融入其自然环境，努力提高效率，并越来越接近热力学平衡。简而言之，挥霍无度的跨星系帝国是不可持续的，因此我们看不到它们。“SETI 本质上是对技术废弃物的搜索，”施罗德写道。“废热、废光、废电磁信号——我们只需要假设成功的文明不会产生这种浪费，SETI 的失败就得到了解释。”
根据大卫·布林（David Brin）的说法，他是一位天体物理学家，也是畅销科幻作品的作者，思考宇宙的“大寂静”，赖特的广泛研究为戴森球的可能性敞开了大门，但可能是对那些过时的、认为可以利用整个星系的能量的全方位帝国概念的棺材钉。“为什么先进的生物需要或想要那样做？”布林问道。“只有一项令人震惊的庞大项目才能证明这种贪婪是合理的……。不会再有像我们这样温和、受欢迎的系统；一切都将转化为工业用途。这是贪婪用户的特征，他们要么有充分的理由，要么有极大的贪得无厌。”
未来展望
1973 年，卡尔·萨根为卡尔达舍夫等级设计了一个更经验化的公式，允许更精细的等级划分。他计算出，我们目前受地球束缚的文明等级为 0.7 型，并且在未来几个世纪能源使用量持续增长的情况下，将达到 1 型文明，过去几个世纪以来，能源使用量每年增长约 3%。为了维持这种趋势，人类需要在大约一千年的时间内建造我们自己的戴森球，成为 2 型文明，并且需要在之后的一千年内将银河系的大部分恒星都包裹在戴森球中，成为 3 型文明。
其含义是明确的：在相对较少的几代人的时间跨度内——与整个人类历史相比，这只是短暂的一瞬间——要么我们必须改造太阳系，然后改造大部分星系本身，要么我们的文明必须转向一种截然不同、能源密集度较低的增长趋势。在 20 世纪 60 年代，在令人眼花缭乱的太空时代早期，人们更容易相信前者更有可能；而今天，生态和经济灾难都使后者似乎更加确定。这种关于更安静、更缓慢的增长，甚至是停滞的数字预言，与传统 SETI 搜索以及赖特、安尼斯和其他少数人进行的罕见的、非正统的戴森搜索的零结果是一致的。
如果他能获得更多资金，赖特打算进行后续工作，调查他调查中最奇怪的一些星系，寻找卡尔达舍夫等级中更低级别的文明。他还希望检查银河系银盘外的一个奇怪的光学黑暗点光源星团，他的团队通过 WISE 数据中的红外辉光发现了该星团。赖特说，这个星团可能是一个以前不为人所知的巨型分子云，一个充满原恒星的未绘制星图的恒星育儿所。但“它也几乎完全是你期望看到的戴森球星团的样子。”看来戴森的梦想仍然活着。
戴森现年 91 岁，但仍然渴望在他位于新泽西州普林斯顿高等研究院的办公室谈论 SETI，他说零结果并不令人惊讶，但不应该令人沮丧。“我们对外国人可能使自己被探测到的方式的想象总是像黑暗房间里的黑猫的故事，”戴森说。“如果真的有外星人，他们可能会以我们从未想象过的方式行事。WISE 的结果表明，外星人没有遵循一条特定的道路。知道这一点很好。但这仍然为各种各样的其他道路敞开了大门。一次猜测的失败并不意味着我们应该停止寻找外星人。”