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
这是我博客上过去的一篇文章的更新和编辑版本。增加了关于手性的部分，其余部分已进行编辑。
外星人想要什么？
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搜寻地外文明（SETI）传统上依赖于探测电磁波，最常见的是无线电波，但也包括红外线和X射线辐射以及特定频率的光学脉冲。但是，在不了解地外文明具体性质的情况下，我们需要探索所有可能的通信来源，而不仅仅是基于电磁波的来源。因此，我们发送或接收的消息可以并且应该包括从符号信号到实际物质样本的一切，以表明智慧生命的存在。SETI是一项蕴含重大潜在意义的事业，仅仅依靠物理学是愚蠢的。我们需要在它的服务中使用其他科学。
为了做到这一点，将问题反过来问，如果我们宣布我们的存在，我们会怎么做，这是非常有价值的。我们会向潜在的 ET 监听者发送什么样的信息？这种提问方式很有价值，但它始终包含着遭受人类中心主义的重大缺陷。我们太容易相信外星人的想法和我们一样。尽管如此，从人类的角度思考为理解各种潜在的通信形式开辟了道路。因此，我们应该告诫自己不要让 ET 过分符合我们的模式，但仍然值得继续沿着这条思路思考。
假设监听文明至少和我们一样先进，甚至可能更先进，并且假设他们正在积极监听和发送，那么有一些关键的要求。其中之一是，据我们所知，信息应尽可能地非人类中心和客观。例如，数学被安全地认为是描述自然的通用语言，并且人们常常认为 ET 会使用某种数学来描述和解释自然。同样，我们发送的任何物理信息都应诉诸普遍规律和物质构成，这些规律和物质构成可以被认为是与人类的信仰和定义无关的。一旦满足此条件，当然第二个要求是，该信息应明确地被解释为“人为的”，而不是自然产生的。应该有明确的证据表明其构造中存在刻意的“设计”。
这个要求比看起来更难满足。正如我们所知，有许多自然实体遭受“设计幻觉”的困扰。海螺壳、雪花、生物体内部无数的解剖结构以及生命本身都遭受着设计幻觉的困扰。难怪创造论者和智能设计支持者抓住了所有这些，并宣称它们是智能设计师的作品。事实上，如果我们不更了解塑造这些复杂结构的进化和自然选择过程，我们也会认为它们是设计的，而且事实上，在达尔文出现并创作了他的伟大著作之前，我们确实是这样认为的（理查德·道金斯的著作《盲眼钟表匠》中有一章精彩地讲述了这些设计幻觉）。因此，在选择要传输的信息时，我们需要小心，确保它可以清楚地区分自然产生但产生设计幻觉的信息和实际上必须由像我们这样的智能生物设计的信息。为了确保信息看起来是设计的，无线电天文学阵营提出了发送传达素数序列的信息。如果等待一段时间后，我们收到一条包含序列中下一个素数的信息，我们几乎可以肯定该信息是由一个发现了数学和因式分解的文明发送的，因此可以被认为是“智能的”。
基于此背景，我问自己以下问题
“作为一名化学家，尤其是作为一名有机化学家，我将如何向外星文明传递分子信息，以至于该信息几乎肯定会被解释为由智能生物设计的？”
这里有两个解决该问题的潜在方案。我的重点是信息一旦被发现，就能被明确地识别为人工的。这些信息最初如何传递给预期的接收者是一个非常不同的问题，我在这篇文章中没有讨论。
来自同位素的希望
有机化学家非常清楚自然产生的分子和人工合成分子之间的差异。叶绿素、青霉素和奎宁是自然产生的分子的例子，而尼龙、伟哥和 LSD 则是明确合成的。因此，化学家的冲动反应可能是建议将尼龙或 LSD 的样品发送给潜在的 ET 监听者，作为明确“设计”的实体。但请回忆一下我们所说的关于创造设计幻觉的内容。伟哥可能是人造的，但实际上没有理由说明原则上自然界不能制造它，即使在实践中可能非常不可能。自然界非常擅长产生各种惊人的分子结构。据我们所知，我们将来某天可能会在某种不起眼的海绵中发现伟哥作为一种重要的交流分子。为了提供人工设计的有力证据，我们需要发送一种在原则上不太可能自然设计的分子信息，而不仅仅是在实践中。
就在这时，我突然想到，我们可以通过传输所有或许多氢原子被氘取代的分子，为明确设计的信息提供有力的论据。回想一下，氘 (D) 和氚 (T) 是氢的两种同位素，它们的区别在于存在一个中子。但它们在我们都认识和喜爱的氢的主要同位素中分布得极其稀薄。氢是宇宙中最丰富的元素，但氘约占氢原子的 1/6000，仅占 0.02%，而氚则更为稀少。D 和 T 的这些同位素丰度受到控制核稳定性的基本物理定律的约束，并且在宇宙中任何地方的任何情况下都极不可能发生变化。鉴于 D 的普遍低丰度，例如，在任何条件下宇宙中自然合成仅包含 D 的苯分子的概率都非常小。另一方面，有机化学家可以并且确实使用他们的化学技巧制造含有 D 的分子。因此，在外太空发现氘化分子几乎可以明确地指向人工起源。该分子甚至不需要完全氘化，因为即使是部分氘富集也很少可能自然发生。然而，完全被氘取代将确凿证据。
因此，除了无线电和红外线波之外，我们还应该尝试探测深空中是否存在氘化化合物。幸运的是，我们有几种光谱技术可以检测氘，其中包括极其灵敏的质谱法。氘的问题在于，它可能难以在丰富的普通氢背景下被检测到。氚可能可以用来规避这个问题，因为它的放射性会使其在背景中脱颖而出。不幸的是，氚的半衰期只有 12 年，因此它作为星际通信的使者毫无用处。
对于任何智能文明来说，发送氘化分子的优势将是多方面的。首先，几乎任何全氘分子都可以达到目的。简单的氘化分子与复杂的氘化分子一样，都不太可能是自然合成的。如上所述，即使是全氘苯也可能是智能生命的标志。全氘甲烷也是如此。使用简单的重水 (D2O) 是另一种选择。在选择确切的分子结构方面的这种广泛余地使我们能够专注于优化分子的其他重要特性，例如抵抗外太空的严酷条件（极热、寒冷、辐射等）。由于即使是简单的氘化分子也能满足我们的目的，因此化学家不必在实际合成方面付出巨大的努力。此外，如上所述，即使是部分 D 富集也会起作用。另一个想法来自我原始帖子的评论部分，一些读者建议在氘本身或氘化水的频率下发射无线电信号。
这种传输同位素富集分子的策略可以扩展到其他元素。那么碳呢，生命元素？碳最丰富的同位素是碳-12 (12C)。13C 约占其余的 1%，而放射性 14C 仅占 0.0000000001%。就像 T 一样，14C 是一种潜在有价值但不幸的是无用的同位素，因为它的半衰期为 5700 年。这使得 13C 成为理想的候选者。与 D 类似，自然富集 13C 的分子的概率很小，因此发现 13C 富集分子也将强烈暗示人工起源。但 13C 还有其他优势。它是一种磁活性碳同位素，可以使用核磁共振 (NMR) 光谱法检测；有机化学家一直都在使用它，通过富集 13C 来推断复杂分子的结构。富集 13C 的分子不仅会表明人工起源，而且还会通过 NMR 光谱法提供揭示其自身身份的额外好处。一条包含素数的信息会揭示数学知识，而一条包含大量 13C 富集分子的信息会揭示化学和 NMR 光谱学知识。一个发现了核磁共振的文明可以被认为是相当智能的。
因此，我建议搜寻地外文明应该包括搜寻富集氘、碳-13 和其他元素的次要同位素的分子，以及更传统的信号，如电磁辐射。
镜像分子来救援
在《爱丽丝梦游仙境》中，爱丽丝穿过镜子，怀疑“也许镜子里的东西不好喝”。爱丽丝（和刘易斯·卡罗尔）这样说是有先见之明的，因为现代化学证实了他们的怀疑；镜像牛奶可能由右手氨基酸和蛋白质制成，而我们由左手蛋白质构建的身体将无法处理。
具有某种手性或“手性”的生物分子的存在是我们理所当然的事情，并且是化学中的一个基本概念。手性指的是两种具有其他相同性质的分子——就像你的右手和左手——它们是互为镜像且无法重叠的。除了极少数例外，所有维持生命的氨基酸都是左手 (L) 的，所有糖都是右手 (D) 的。一些来自理论物理学的诉诸宇称论证试图解释这种偏差，但目前似乎没有真正的理由可以想象一个由左手糖和右手氨基酸组成的镜像世界。
我们可以利用我们对手性的了解来向 ET 发送明确的人工化学信息吗？在太空中发现了分离的 D 和 L 氨基酸，并被认为是由非生物过程产生的。一些陨石被认为含有略微过量的 L 氨基酸，但单独发现任何一种形式都不会指向合成起源，因为两者都可以通过宇宙过程以相等的概率产生。让我们首先考虑肽作为 D 和 L 的字符串。我们已经注意到，完全由 D 或 L 组成的字符串，例如
D-D-D-D-D-D-D-D-D-D L-L-L-L-L-L-L-L-L-L
可能没有太大帮助，因为在太空中发现的 D 和 L 氨基酸可能会通过简单的缩合反应形成肽（尽管发现长肽本身可能具有启发意义）
短肽中 D 和 L 氨基酸的混合物怎么样？混合物可能暗示着故意的篡改，但即使在那里，确切的组成也很重要。让我们看一下 D 和 L 的混合物。现在事情变得更有趣了，因为可以考虑构建不同的模式。例如，考虑以下字符串
D-L-D-L-D-L-D-L-D-L-D-L-D-L-D-L
D-D-L-D-D-L-D-D-L-D-D-L-D-D-L
D-D-L-L-L-D-D-D-L-L-L-D-D-D-L-L-L-D
在第一种情况下，D 和 L 交替出现。第二种情况呈现两个 D 与一个 L 交替出现。第三种情况具有模式“2D-1L”和“2L-1D”相互交替。这里的重点是可以使确切的模式尽可能复杂和重复。模式越重复和复杂，它偶然产生的可能性就越小。诀窍是找到一种尽可能远离随机的模式。增加肽链的长度会为复杂的模式创造更多机会，尽管这可能会导致其他品质（例如稳定性（断裂的更大风险）和挥发性）的下降。发现漂浮在太空或陨石上的小肽具有相当有创意的 L 和 D 氨基酸重复模式，将使非生物起源不太可能。
我们可以更具创造力。在一个相当明显的修改中，D 可以代表 0，L 可以代表 1，这样 D 和 L 对应于二进制代码。这些字母也可以代表摩尔斯电码中的点和划线，尽管摩尔斯电码很可能是人类独有的发明。你可以让 D 和 L 是素数，D 和 L 是连续整数的平方根，或者 D 和 L 代表单位矩形的勾股定理。一旦数学进入画面，你就可以让你的 D 和 L 做几乎任何可以被正确地解释为智能的事情。另一个考虑因素将是氨基酸字符串的信息内容。计算机科学家已经提出了各种度量标准来量化信息内容和复杂性；例如，完全随机的字符串（“DDDD…”）以及可以用一个简单的规则表示的字符串（“2Ds follow 1L”）的信息内容都很低。最大信息内容出现在完全随机和完全有序之间的某个位置。在设计氨基酸字符串时，化学家可以使用这些信息论原则来调节信息的信息内容。
在某些时候，最刻意设计的 D 和 L 字符串的构建将不仅受到特定模式的限制，还会受到其他考虑因素的限制，例如物理性质、成本和运输限制。我想表达的观点是，由于其普遍性，手性可以成功地用于传输明确的人工信息。
如果我们希望向其他文明传达我们的存在和智慧，我们不会将自己局限于物理学和天文学，而是还会使用化学、生物学和我们掌握的每一种其他工具。在宇宙中发现智能生命太重要了，不能仅仅依靠单一或少数几种方法的偶然性。智慧的标志之一是充分利用多样性的能力。我们只能期望其他智能文明也会采取相应的行动。