宇宙谦逊的理由

如果我们想在其他地方找到生命,我们应该以其所有可能的形态去寻找

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


“有很多理由要谦虚,”我母亲在我小时候常说。但作为一名天文学家工作了三十年后,我可以再补充一个理由:我们周围宇宙的丰富性。

在现代天文学发展之前,人类倾向于认为物理世界以我们为中心。太阳和星星被认为围绕地球旋转。虽然现在看来很幼稚,但这却是一个自然的起点。当我的女儿们还是婴儿时,她们倾向于认为世界以她们为中心。她们的成长描绘了人类历史的加速缩影。随着她们长大,她们变得成熟,并获得了更平衡的视角。

同样,观察天空让我们意识到宏大的景象,并教会我们谦逊。我们现在知道我们不是物理宇宙的中心,因为地球绕太阳运行,太阳绕银河系中心旋转,而银河系本身以相对于宇宙静止框架约 0.001cc 是光速)的特殊速度漂移。


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然而,许多人仍然相信我们可能位于生物宇宙的中心;也就是说,生命是稀有的或地球独有的。与此相反,我的工作假设,从上面物理宇宙的例子中得出,是我们并不特别,不仅在我们的物理坐标方面,而且作为一种生命形式。采纳这种观点意味着我们并不孤单。在其他地方应该存在生命,包括原始的和智能的形式。这个由“宇宙谦逊”原则暗示的结论具有重要意义。如果生命很可能在其他地方存在,我们应该以其所有可能的形态去寻找它。

我们的文明已经达到了一个重要的里程碑。我们现在拥有前所未有的技术来寻找外星生命,无论是原始的还是智能的。对原始生命的搜索目前正在进行中,并且资金充足,但对智能生命的搜索却不在联邦资助机构的主流范围内。鉴于已知唯一存在生命的星球——地球,同时显示了原始和智能的生命形式,情况不应如此。

我们的第一批无线电信号已经泄漏到 100 多光年之外的距离,我们可能很快就会收到回应。与其被费米悖论:“每个人都在哪里?”所引导,或者被关于智能稀有性的哲学论证所引导,我们不如投入资金建造更好的天文台,并在天空中搜索各种各样的人工信号。处于我们技术水平的文明可能主要产生微弱的信号。例如,即使使用我们最大的望远镜,也无法看到太阳系外最近的行星上发生的核战争。

但是非常先进的文明有可能通过其最强大的信标被探测到可观测宇宙的边缘。外星文明的证据可能不是传统的无线电通信信号形式。相反,它可能涉及通过太阳能电池的光谱边缘、大气工业污染、人造光或人工光束扫过天空的辐射爆发来探测行星上的物体。

找到重要问题“我们是孤独的吗?”的答案将改变我们对自身在宇宙中地位的看法,并将开辟新的跨学科研究领域,例如天体语言学(如何与外星人交流)、天体政治学(如何与他们谈判以获取信息)、天体社会学(如何解释他们的集体行为)、天体经济学(如何交易太空资源)等等。我们可以通过学习那些受益于数十亿年领先优势的文明来缩短我们自己的进步历程。

毫无疑问,宏大的景象教会了我年幼的女儿们谦逊。同样,开普勒太空望远镜对附近恒星的巡天观测使天文学家能够推断出,在可观测宇宙的体积中,可能存在比地球上所有海滩上的沙粒还要多的宜居类地行星。那些征服了地球上一小块土地后就沾沾自喜的皇帝或国王,就像一只蚂蚁自豪地拥抱巨大海滩景观上的一粒沙子。

就在过去一年中,天文学家在最近的恒星比邻星周围发现了一颗潜在的宜居行星比邻星 b,并在另一颗附近的恒星 TRAPPIST-1 周围发现了七颗潜在的宜居行星中的三颗。(如果生命在其中一颗行星上形成,它很可能转移到了其他行星上。)这些矮星的质量分别为太阳质量的 12% 和 8%,寿命可达 10 万亿年,大约是太阳的 1000 倍。因此,它们为遥远未来的生命提供了极好的前景,远远超过太阳死亡并变成一颗冰冷的白矮星之后。

因此,我建议我富有的朋友们在比邻星 b 上购买房产,因为它的价值未来可能会大幅上涨。但这同时也提出了一个重要的科学问题:“生命最有可能在现在的宇宙时间里,在像太阳这样的恒星附近出现吗?” 通过调查从大爆炸后 3000 万年第一批恒星诞生到 10 万亿年后最后一批恒星死亡的整个宇宙历史中宇宙的宜居性,人们得出的结论是,除非低质量恒星周围的宜居性受到抑制,否则生命最有可能在数十万亿年后的红矮星(如比邻星或 TRAPPIST-1)附近存在。

“我们所知的生命”的化学组成需要液态水,但与主恒星保持适当的距离以在行星表面获得舒适的温度并不是生命存在的充分条件。行星还需要有大气层。在没有外部大气压的情况下,星光的温暖会将冰直接转化为气体,而不是液相。

警告信号可以在隔壁找到:火星的质量是地球的十分之一,并且失去了大气层。比邻星 b 有大气层吗?如果有,大气层及其维持的任何地表海洋将缓和其永久白天和黑夜侧之间的温差。计划于 2018 年 10 月发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜将能够区分比邻星 b 是裸露岩石时的预期温差,以及其气候受到大气层(可能还有海洋)调节的情况。

关于我们起源的宇宙视角也将有助于形成平衡的世界观。组成地球的重元素是在附近一颗爆炸的巨大恒星的核心中产生的。一粒这样的物质在我们的一生中形成我们的身体,然后又回到地球(只有一个例外,即冥王星的发现者克莱德·汤博的骨灰,它们被放置在新视野号宇宙飞船上,正在返回太空)。

那么,如果我们不是仅仅是一个物质微粒在宇宙历史中无数行星之一的表面上短暂呈现的瞬时形状,我们又是什么呢?尽管如此,生命仍然是我们在地球上珍视的最宝贵的现象。如果我们能在另一颗行星的表面找到“我们所知的生命”的证据,那将是令人惊奇的,如果我们能用望远镜追踪到在星际空间漫游的外星飞船上先进技术的证据,那就更令人惊叹了。

参考文献

 

参考文献

Lingam, M. & Loeb, A. 2017, ApJ 837, L23-L28.

Lingam, M. & Loeb, A. 2017, MNRAS (印刷中); 预印本可在 
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Lingam, M. & Loeb, A. 2017, PNAS (印刷中); 预印本可在 https://arxiv.org/abs/1703.00878 获取

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Avi Loeb is the head of the Galileo Project, director of the Institute for Theory and Computation at the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, founding director of Harvard University’s Black Hole Initiative, and the former chair of the Harvard astronomy department (2011-2020). He is a former member of the President’s Council of Advisors on Science and Technology and a former chair of the Board on Physics and Astronomy of the National Academies. He has published more than a thousand peer-reviewed papers and is the bestselling author of Extraterrestrial and Interstellar and a co-author of the textbooks Life in the Cosmos and The First Galaxies in the Universe.

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