寻找斯波克

“当你无所不能的时候，是很难与他人共事的。”

——出自“似曾相识的Q”[1]，在Q加入进取号船员一行之时

“无休止地进行侵略、征服领地和种族屠杀……只要有任何可能……整个殖民地就会像被基因操控并驱使的生命体一样……而这个实实在在的超级生命体还会通过调整自己的人口结构来优化能源消耗……在这种严苛的法则下不要说娱乐、艺术，哪怕是同情心都是不被允许的。”

博格人是在荧幕上出现过的最令人恐惧，但也是最有趣的外星物种之一。在我看来，他们是自然选择下合理的结果，而且这种生物的魅力也在于此。上面的引文贴切地描述了博格人，但却不是出自《星际迷航》原本的剧集。而是出自贝尔特·荷尔多布勒和爱德华·O．威尔逊所著的《蚂蚁之旅》的一篇书评，描述的是我们的陆栖昆虫朋友，而不是博格人。蚂蚁在进化层面来看是极其成功的，而且其中的原因也不难明白。想象一下，一个已知的群体难道不应该进化成类似的集体超级生命吗？智慧生命那些同情之类的高尚情感对于这种集体来说是必要的吗？或者说这些情感反倒成为一种阻碍？

吉恩·罗登贝瑞说过：创造进取号的真正目的，并不只是为星际旅行提供一艘星舰，其实更希望它能够成为整个故事的载体。即使是我这种做技术的人也能体会到，除了那些魔法般的先进技术以外，使《星际迷航》充满戏剧性的因素，与古希腊史诗那些重要题材别无二致：爱、恨、背叛、嫉妒、信任、欢乐、恐惧、惊奇……那些生活中真实的情感让故事更加贴近人心。如果曲速引擎仅仅用来驱动无人探测器，如果传送器的开发仅仅为了运送土壤样本，如果三录仪[2]仅仅用在植物身上的话，《星际迷航》系列恐怕连第一季都挺不过。

外星生命

事实上，星舰进取号“持续的使命”不是进一步探索物理定律，而是“探索陌生的世界，寻找新的生命及新的文明”。[3]我认为就是因为《星际迷航》把戏剧舞台远远延伸到了人类现实之外，才使它如此富有魅力而长盛不衰。我们开始想象外星人可能怎样发展，当他们面临与人类相同的问题与矛盾时如何处理、解决。于是，观众的感官与头脑就暴露在了许多假想的文明与全新的威胁里。《星际迷航》所营造的世界有种独特的魅力；那种奇妙的感觉就像是第一次拜访一个异域的国度；又像是看完了一段陌生的历史，发现在数个世纪以后，人们的行为有的地方完全没变，而有的地方又截然不同，这种熟悉的陌生感也很有意思。

当然，对这种娱乐方式的怀疑必须要先放下才行。很明显进取号遇见的几乎所有外星物种都长得像人类，而且全都说着英语！（为了解释这一点，《星际迷航》的编剧们在《星际迷航：下一代》里虚构了一个理论：考古学家理查德·盖伦发现，许多文明都共享了同样的遗传物质，而这可能是被更加远古的文明播撒到不同星球的原始海洋中的。这个假说其实是参考诺贝尔奖得主弗朗西斯·克里克的“泛种论”所做的联想。）这当然没有逃过影迷们的法眼，而且对我来说，理论物理学家、诺贝尔奖得主谢尔登·格拉肖关于外星人的一段话十分精彩：“他们都长得像得了象皮病的人！”尽管如此，他也如同大部分影迷一样，愿意忽视这些对于外表的描绘，以便更好地理解与欣赏《星际迷航》编剧对于外星人心理活动的探索。好莱坞的电影编剧通常都没有科学家和工程师背景，因此可以很自然地预料到，他们不会把创造力用在生物学构造上，而是会去努力营造令人着迷的外星文化。

他们也确实有着非凡的创造力。截止到我写下这些东西的时候，除了博格人和无所不能的、恶作剧式的Q以外，有超过200种的彼此不同的生物出现在《星际迷航》设定的宇宙当中。也就是说，我们的银河系充满了其他智慧文明：他们有些比我们更加先进，有些则更加落后；有些——像星际联邦、克林贡人、罗慕伦人和卡达西人——掌控着庞大的帝国，有些则孤立地生活在一个星球上或是星际空间中。

正如那些正在寻找外星生命的科学家所强调的，地外智慧生命的发现一定是人类历史上最重大的发现。的确很难想象还有什么其他发现能像地外文明一样，改变人类对于自身的看法，以及在宇宙中的地位。然而，经过三十年的联合寻找，我们尚未发现有关地外生命存在的任何决定性证据。有人可能会对这个结果感到很惊讶。毕竟要是地外生命存在的话，我们终有一天会发现他们的踪迹。正如在地球上，不同的文明独立地出现在各个大洲，最终还是碰到了一起，尽管之后因为文化冲突而饱受伤害。

尽管如此，当我们认真考虑在宇宙其他地方发现智慧生命的可能性时，还是会得到一个令人沮丧的事实。比如说银河系中的某个文明得知，在银河系大约4000亿颗恒星中，有部分地点可能孕育了生命。更进一步地，他们得知，这些生命就在太阳系的方向。即使在这种情况下，发现地球的可能性又有多大呢？在地球形成45亿年以来，生命已经存在了很长时间。但直到半个世纪之前人类才能够向地球外发送我们存在的信号。此外，在大约25年前，我们才造出了功率足够大的射电望远镜，作为能被其他文明发现的无线电信标。因此，虽然外星人拥有45亿年这样长的时间来从宇宙里搜寻地球，但他们只可能在过去的半个世纪之内发现我们。假设外星文明决定在其他星球存在的时间里随机观察一次，那么人类被发现可能性只有一亿分之一。同时不要忘了，这个结果还是在他们确切知道观察地点的情况下得到的！

已经有相当多的书籍讨论过银河系中其他生命存在以及被发现的可能性了。根据各种估计，宇宙中的高等文明可能多达数百万种，但也可能只有一种（如果把我们人类文明归入高等文明的话）。我没有打算把所有问题在这里一一深入讨论下去。我真正想要描述的，是更加生动有趣的物理问题，而这与进取号发现的那些形色各异的生命的起源息息相关。同时我还想探讨一下在地球上寻找外星人所采取的策略。

在我看来，先验地认为在我们星系中有着其他生命存在是有一定道理的。因为正如我之前所说，银河系大约有4000亿颗恒星，但如果只有太阳系才发展出了高等文明似乎显得太不同寻常了。当然，应该可以构造一个复杂的方法，来估计像我们这样的生命存在于其他地方的可能性。比如可以从显而易见的问题出发：“恒星拥有行星的可能性有多大？”或者“某个恒星能够存在足够长的时间，以维持它行星系统上生命延续的可能性又有多大？”接下来，转移到行星的问题上去：“这个行星大到能够维持稳定的大气层吗？”或者“这个行星经历充分的早期火山作用，在表面产生足够的水的可能性有多大呢？”又或者“这个行星拥有一个质量足够大或者距离足够近的卫星，而且它刚好能够引起适当的潮汐，以形成孕育生命的潮水坑而又不会每天都产生巨大潮波，这种可能性又有多大呢？”讨论这类问题之前，在计算可能性的时候通常都会遇到一些问题：首先，很多相关的因素还是待定的；其次，我们也不知道这些因素之间是怎么相互关联的。其实我们就连日常事件发生的概率都很难准确估计：因为在计算一系列可能性很小的事情发生的概率时，那个结果往往小到让这种尝试变得毫无意义。

同时我们也要认识到，即使有人得出一个定义清楚的概率，关于它的解释也可能会变得很微妙。举个例子，一系列具体事件的概率——比如我现在正坐在这种椅子上，在这台电脑前面打着字（每年生产出来的数百万台电脑之一），刚好还在这个地方（地球上所有可能的城市中的一个），在今天的这个时间点上（一天总共86400秒中的一秒）——小到几乎可以认为是零的。这对生活中其他形形色色的遭遇来说也都是一样的。类似地，在无机物的世界里，放射性原子核在某个特定时间发生衰变的概率也是小到可以忽略不计的。通常来说，人们不会去计算这种形式的概率，而是更倾向于考虑，在一个有限长的时间尺度里原子核发生衰变的概率，或者这一时刻比其他时刻发生衰变的概率增加了多少。

当尝试去估计银河系中存在其他生命的可能性的时候，需要注意的是，不要过分地限制了所考虑的条件。如果有人这么做的话（事实上人们也经常这样），那可能就会得出这样的结论：地球上产生生命的可能性是无限小的，而这有时是被作为神的干预（使这种无限小的可能发生）存在的依据。然而正如我之前指出的一样，无限小的概率同样会出现在跟下面差不多的情况下：在2008年6月3日上午11点57分，我停下了车，而在望向窗外那一刻，红灯恰好亮起来了。所以即使一件事发生的概率很小，也无法说明它就不可能发生。

我们要认清楚一个重要的事实，那就是在宇宙中至少有一次，生命从无到有地产生过。这一点我认为是无比重要的。从科学的经验来看，大自然的现象很少是只发生一次就不再出现的。人类就是生命的范例。我们存在于此，就证明了生命的形成是完全有可能的。一旦知道生命能在银河系中形成，那么同样的事情在其他地方发生的可能性就大大增加了。（当然，正如某些持进化论观点的生物学家所指出的，虽然生命有可能产生，但是却不一定能发展出智慧来。）

宇宙的平直性

虽然我们的想象力十分贫瘠，不能够把所有形成智慧生命的条件都考虑完全，但是可以通过自身的存在来探寻，在宇宙中究竟哪些才是进化的重要因素。

不妨从宇宙本身的起源开始。之前我已经提到过一个宇宙里的巧合：大约每100亿个质子和反质子中，会多出一个额外的质子。如果不是因为多出来的这些小家伙的话，所有物质会恰好与他们的反物质发生湮灭；要是这样的话，现在的宇宙就不会剩下任何物质，更不用说智慧生命或者其他东西了。

我们所居住的宇宙还有另一个明显的特征，它的年龄十分古老，已经度过了漫长的岁月。而在地球诞生的45亿年中，生命同样发展了很长的时间。因此，如果根据演化的时间倒推回去的话，宇宙就需要延续更久才能为生命诞生做好准备。现阶段对宇宙年龄最好的估计大约是140亿年，这是一个足够长的时间了。然而要设计一个宇宙让它膨胀的情况跟现在的一样，也不是那么容易的：既不能收缩得太快，从而形成大爆炸的反面——大坍缩；也不能膨胀得太快，以至于物质没有时间碰撞到一起形成恒星和星系。宇宙一开始的条件，或者它历史早期的动力学过程，是“被人”精细调整过的，使现在的一切都恰到好处。

这就是被称之为宇宙“平直性”的问题。而对于它的理解，则成为宇宙学一个很重要的话题。因为物质间的引力作用趋向于使宇宙的膨胀减慢，这就产生了以下两种可能性：一种是宇宙中有足够多的物质来阻止膨胀并使其反转（对应“封闭的”宇宙）；另一种则是物质的总质量不足以引起坍缩（对应“开放的”宇宙）。不过令人惊奇的是，当把所有物质的质量加起来的时候，我们发现计算结果十分接近两种可能性的交界处——对应着“平直的”宇宙。在这种情况下，观察到的膨胀会减慢，但在有限的时间里不会停止。

最让人们感到惊讶的是，对于一个不是绝对平直的宇宙，随着演化时间的进行，它将变得越来越偏离平直的状态。因此，对今天这个已经至少有100亿年的宇宙来说，要是它现在确实是像观测到的那么平直的话，那么在更早的时候它一定平直得根本观测不到任何起伏。很难想象这仅仅是一个随机的巧合，其背后没有任何物理过程来驱使它发生。大约35年以前[4]，一个候选的物理过程被提出来了，它被称为“暴胀理论”，暴胀是在宇宙早期因为量子力学效应而发生的一种整体急速膨胀的过程。

回想一下，真空并非是一无所有的，其中的量子涨落能够携带能量。这就使得下面的过程有发生的可能性：在早期宇宙中，基本粒子由于温度的作用自然演化，其中真空涨落的能量占据着主导的地位。这种真空能量对抗着引力的吸引，使粒子之间表现出相互排斥的作用。在这种假说下，宇宙曾经有过一次短暂的暴胀。在这段时间里，真空能占据着主导地位，结果导致宇宙在一瞬间迅速地膨胀了。可以证明的是，当这段时间结束后，真空能量转移到了物质与辐射能当中，宇宙最后可以轻而易举地变得非常平直。

不过，这里可能存在着另一个更加严重的问题。当爱因斯坦尝试把自己新的广义相对论运用到宇宙学上时，引发了一个新问题。那时，宇宙正在膨胀的事实并不为人所知；与此相反的是，人们普遍认为宇宙在很大范围内是稳定且不变的。所以爱因斯坦不得不找到一种方法，来使所有的物质不会因为自身引力的吸引作用而最终碰撞到一起。于是，他在方程里添加了被称为“宇宙学常数”的一项，本质上是在宇宙尺度上引入了一种排斥，以平衡物质之间的引力。不过，当人们发现宇宙不是静态的以后，爱因斯坦意识到这个“宇宙学常数”根本就没必要存在，并认为添加这一项是他一生之中所犯的“最大的错误”。

不幸的是，就像想把挤出的牙膏塞回管子里一样，一旦宇宙学常数被提出来，就不能当作它不存在了。如果它在爱因斯坦的方程里可能出现，我们就必须要解释为什么在观测到的宇宙中，它几乎为零。事实上，我之前说的真空能量，正好产生了爱因斯坦想用宇宙学常数来解释的效应。所以，这个问题就变成了，为什么真空能量没有压倒性地主宰我们当今的宇宙？或者说，为什么我们的宇宙不再以很高的速率膨胀了？

这个问题是物理学中最具有深远意义并且悬而未决的问题之一。我们根据现有理论所做的每个计算都表明，当前的真空能量应该比观测数值允许的范围大出许多个量级。让我们更加迷惑的是（在这本书的第一版里我提到过），虽然真空能量看起来不是十分巨大，但它毕竟不是零，仍然能够影响现在以及将来宇宙的演化。在那时，通过分析已有的宇宙学数据，包括宇宙年龄、宇宙中物质的密度，以及对大尺度结构的估算，我和芝加哥的同事一起提出，实际上，只要宇宙里70%的能量与真空相关，而不是与星系和星团相关的话，现有数据就能与平直的宇宙相吻合了。

在1998年，这个看似异端的说法竟然被宇宙膨胀速率的观测所证实了。回想一下，真空能量与宇宙学常数一样，会产生排斥力。通过测量遥远星系某些特定的恒星爆炸或是超新星爆发来确定它们的距离，再同时测量它们的退行速度之后，观察者们发现结果完全超乎他们的预料，宇宙膨胀的速率看起来在不断加快。这与我们的直觉完全相悖，因为物质间引力的吸引作用通常会使膨胀减慢。不过这种加速的情况在刚才那种说法中可以得到完整的解释，即宇宙里70%的能量存在于真空之中，30%存在于物质之中。

与此同时，关于宇宙大尺度空间曲率的测量表明，宇宙在极高精度下都是平直的，这与之前理论的预期相符合。而且确切的情报表明，考虑宇宙的总质量，星系与星团只需要系统中30%的质量就能使宇宙保持平直。只有一种方式可以使这两种观测保持一致，那就是事实上宇宙里有70%的能量以其他形式存在。现在种种迹象表明，我们宇宙里主要的能量（在爱因斯坦方程里）表现得和宇宙学常数差不多，以一种非同一般的形式存在着。

虽然对于地球上或是其他地方生命的最终形成来说，平直的宇宙可能是必要的，但对宇宙学常数大小的推测，可能暗示着一个更有可能发生的微调问题（fine tuning problem）。之前我们预期一些理论上的技巧，可以解释为什么今天宇宙学常数为零。但现在真空能很明显并不是零，那它究竟为什么如此之小呢？而且通过计算发现一个有趣的现象，如果这个量要是比现在大上一两个量级的话，早期的星系就不会在宇宙中形成——真空中的“暗能量”将产生过多的排斥力，超过了早期星团所需要补偿引力吸引的那部分大小。如果星系不复存在了，那么恒星或者行星、外星人，乃至《星际迷航》的编剧，就都不会诞生了。

我们想象不出一个没有《星际迷航》的宇宙会变成什么样子，但是科学家们对此做出了回答。事实上，在基础的微观物理层面，也存在大量的巧合，才使生命得以出现在地球上。如果任何一个物理学基本常量有一丁点的改变，地球上生命进化所需的重要条件就不复存在。例如，质子与中子那微小的质量差异（大约千分之一）要是增加1倍，地球上生命所必需的一些元素的丰度，就会与我们今天在宇宙中所观察到的结果产生巨大差异。同样的道理，要是碳原子核的一个激发态能级稍稍改变一点，那么恒星内部产生碳原子的反应就不会发生，从而碳原子就不会在宇宙中存在。要知道，碳可是构成有机分子的基础。

很难说清楚这一系列的巧合究竟有多么的重要。既然自然常数允许了人类的存在，那么反过来，要是人类确实演化成这样，自然常数的取值如此微妙也就不足为奇了。即便如此，不可思议的宇宙学常数也引起了许多理论学家的怀疑：这个数值是否能告诉我们更多的东西？例如，我们观察到的宇宙以某种方式构成了超宇宙的一部分，或者只是多元宇宙包含的拥有不同自然常数的子宇宙之一。在那些无法进化出生命的宇宙当中，自然不会有人来进行什么探测了。俄罗斯宇宙学家安德烈·林德提出的“人择原理”可以这样来理解：有一条充满智慧的金鱼，思考着为什么自己所居住的宇宙（鱼缸）是由水构成的；基于“人择原理”，答案很简单——要是没有水的话，就不会有那样一条金鱼来问这个问题了。

不仅如此，还有几种观点表明我们的宇宙可能确实是多元宇宙中的一部分。就拿暴胀作为例子来看，宇宙这种早期急速膨胀的状态可能暗示着它仅仅是某个巨大整体的一小部分。如果暴胀以不同的方式结束，停止于和现在不同的阶段的话，那么就只有那些物理定律刚好合适的一部分宇宙才有可能孕育生命。

我打算简明扼要地介绍一下最近提出的一种更加深奥的新理论——弦论。它不仅涉及许多尚未被探测到的维度，在此之上还要求我们的四维宇宙有更多可能的形式。然而实际上，即使这个理论是对的，它也有很多缺点。其中一个很明显的不足之处就是，它并不能预言宇宙为什么是这样的。不过在人择原理中，这种缺点已经变成一种优点了。弦理论家们描述了一种弦的“图景”，同时包含了10⁵⁰⁰种不同的四维宇宙，其中每一种都可能拥有不同的物理定律。他们声称这个宇宙恰好就是人择原理所要求的那样，而不是那些数量庞大的其他宇宙的形式。

我想要强调的是，如果这种说法站得住脚的话，我们的宇宙便不是由什么更加基本的法则所确定的；它仅仅是一种条件的巧合而已，生命只是恰好能够存在于这种环境里罢了。和我一样，许多物理学家踏入这个领域的原因，都是想要发现宇宙的基本法则，因此这个结果可能不太尽如人意。不过，虽然上述的可能性很令人沮丧，但还不至于吓退这群物理学家们。

这一类问题尽管很有趣，但从经验上来看不会很快被解决。可能最好的探索方式，就是把问题留给那些哲学家和科幻小说家们吧。因此，我们就姑且先接受这个事实：在微观和宏观尺度上，宇宙不仅确实像之前那样演化了，而且还是以有利于生命产生的方式来进行的。接下来，就可以将话题转向我们的家园——银河系了。

当考虑银河系中什么地方能够有智慧生命栖居的时候，其中的物理问题就变得清晰起来。在银河系中，有些恒星的年龄至少超过100亿年，而地球上的生命才存在了不过35亿年。那么在地球产生生命以前，银河系中的生命（要是存在的话）可能存在了多长时间呢？

大约100亿到120亿年以前，当银河系在宇宙膨胀中冷却下来的时候，最初产生的恒星完全是由氢和氦构成的。在宇宙大爆炸之后，氢和氦是仅有的两种丰度可观的元素。这些恒星里的核聚变持续地将氢变成氦，而一旦氢被耗尽，氦就会开始“燃烧”，形成更重的元素。这样的核聚变会不断进行，直到恒星中心都变成铁元素。铁无法通过这种形式的聚变形成更重的元素，因此恒星的核能就此耗尽。恒星消耗核能的速率是由其质量决定的。我们的太阳，在燃烧了接近50亿年的氢之后，它第一个演化阶段甚至都还没有过半。而十个太阳质量的恒星——即比太阳重10倍——燃烧速率是太阳的1000倍。这类的恒星在1亿年以内就会耗尽它们的氢能源，而太阳则有着100亿年的寿命。

这些大质量的恒星在耗尽它们的核能之后会发生什么呢？在消耗殆尽的数秒之内，恒星的外层会在爆发中向外喷发，形成所谓的超新星。超新星爆发是宇宙中最绚烂的焰火之一，它在一瞬间闪耀的光芒，亮度相当于数十亿颗恒星。目前，在银河系中每一百年会发生2到3次超新星爆发。在距今约1000年以前，中国的天文学家们观察到一颗在白天都能看到的新星，他们称之为“客星”。这次超新星爆发产生了我们用望远镜就能看见的巨蟹座星云。有趣的是，在西方并没有任何关于这次短暂的天文现象的记录。当时的教会宣扬着天堂永恒不变的教义，因此忽视这种现象要比在火刑柱上烧死要容易得多。大约500年后，欧洲的天文学家才得以打破教条的桎梏——丹麦天文学家第谷·布拉赫记录了银河系中接下来可观测的一次超新星爆发。

许多重元素产生于恒星演化的过程中，或者产生于超新星爆发中；它们分散到了星际介质里，随着这些“星尘”混合到气体中并相互碰撞形成了其他地方的恒星。在数十亿年间，较为年轻一代的恒星——所谓的第一星族恒星，比如我们的太阳——形成了；这些恒星可能被旋转的气体尘埃盘环绕着，而接下来，这些尘埃就可能碰撞形成拥有钙、碳、铁等重元素的行星。人类便是由这些元素所构成的。我们身体里每个原子都是数十亿年以前形成的，都来自于那些逝去已久的恒星，都诞生自那炽热的熔炉之中。在发现宇宙中这最令人着迷、最富有诗意的事实后，我写下了一本名为《原子》的书，并在书中感慨：毫不夸张地说，我们全都是恒星之子。

现在看来，如果一个像地球一样的行星在某个质量过大的恒星周围形成的话，可能就很难孕育生命了。正如前面所看到的，这样的恒星从诞生到毁灭大约才经过1亿年的时间。只有跟太阳质量差不多的恒星，才能稳定燃烧内部的氢达50亿年之久。很难想象，当一个恒星的光度在其演化过程中发生巨大变化的话，围绕它的行星如何才能形成生命。反过来说，一个比我们太阳更小更暗淡的恒星所拥有的行星系统是不太理想的，这些行星要是温暖到足够维持生命的话，就会太过于靠近恒星而在潮汐力的作用下崩坏掉。

因此，要是我们想要寻找生命的蛛丝马迹的话，我们可以把赌注押在跟我们情况差不多的恒星上。幸运的是，太阳只是银河系中相对普通的恒星。银河系中25%的恒星——大约1000亿颗——落在了符合要求的范围内。其中大部分恒星比太阳更加古老，因此原则上来说，早在太阳形成的四五十亿年前，它们就为生命提供了可能的栖息地。

地球的演化与类地行星

现在来看看我们的地球。究竟是什么使这美丽的蓝色星球变得如此特别？首先，它在太阳系的内侧，这一点十分重要。因为外侧的行星含有更高比例的氢和氦——更接近于太阳的成分。在太阳诞生之初，那些气体尘埃盘里的大部分重元素，几乎都留在了太阳系的内侧部分。因此按照行星轨道的比例来看，对于一个质量和太阳相当的恒星，生命宜居的地点会存在于相当于火星轨道的距离以内。

可能正如金凤花姑娘[5]说的，地球刚刚好——不冷也不热，不大也不小。由于在诞生之初，内层的行星可能没有大气层，它们不得不通过火山喷发来产生气体。至少地球表面上有一部分水是通过这个过程产生的。而对于那些更小的行星，它们表面足够快的热辐射会阻止大量的火山活动。据推测，水星和月球就是这种情况，而火星处在临界的位置上，地球和金星则成功地形成了大气层。最近关于地球岩石的放射性气体同位素的测量表明，在45亿年前有一段碰撞期，地球经历了1亿到1.5亿年的陨石物质累积，而在此之后数百万年里，火山活动产生了大约85%的大气。所以我们再一次认识到，有机体在地球而非其他行星上形成并不是意外，同时人们也就期望同样的情况能够发生在银河系其他地方——要是套用《星际迷航》的宇宙观的话，对这类行星的称呼就是——M级行星。

接下来的问题就是，基于地球上的经验来看，生命进化的速度究竟有多快，以及智慧生命究竟在接下来什么时候出现。第一个问题的答案是：非同寻常的快。人们已经发现了35亿年前的蓝绿藻化石，而且许多研究者也强调在40亿年以前生命就已经相当活跃了。当地球才刚刚诞生几亿年的时候，生命就已经出现，这是非常令人鼓舞的。

当然，从地球上刚刚开始出现生命到复杂的多细胞结构形成，再到智慧生命的演化，这中间大约经历了30亿年时间。有充分的理由相信，主要是物理条件决定了这个时间跨度，而不是生物条件。这个理由是一开始就存在的，因为地球的原始大气不含有氧气。那时的大气含有二氧化碳、氮气、以及微量的甲烷，氨气，氯化氢和二氧化硫等多种气体，但唯独没有氧气。氧气不仅在高等有机生物的形成上发挥了重要的作用，还在其他方面扮演了重要的角色。只有当大气中含有充足的氧气时才有可能形成臭氧。而人们越来越清晰地意识到，臭氧对于地球上的生命是多么重要——它可以屏蔽对生命危害极大的紫外线。因此可以预见，在地球氧气含量丰富以后，各种生物开始了爆发式地增长。

最近研究表明，在大约20亿年以前，氧气开始在大气中形成，其含量在之后的6亿年里逐渐增加到达现在的水平。原始海洋中的蓝绿藻通过光合作用产生的氧气，一开始是无法在大气中积累的。因为氧气能够与许多诸如铁一类的物质反应，这就导致不管光合作用产生了什么，在到达大气之前，产物都与其他物质反应结合了。最终，在氧化了足够多海洋中的材料以后，自由氧才开始在大气中积累起来。（这个过程从未在金星上发生过，因为那里的温度太高而导致无法形成海洋，因此像蓝绿藻这种能够孕育其他生命的重要物种就没有出现。）

所以，环境条件成熟之后，又花费了大约10亿年的时间，才进化出了复杂生命。当然，对于生命演化来说，这是否是一个特征的时间尺度还有待弄清。诸如进化方向的偏差、气候的改变和生物灭绝的大灾难等意外情况，不仅影响了生物进化的时间尺度，还改变了最终的进化结果。

尽管如此，这些现象表明，相较于宇宙的时间尺度，智慧生命能够在一个更短的区间——大约10亿年——里演化出来。而要延长这一时间就纯粹是一些物理因素的作用，例如各种作用产生的热量以及化学反应的速率等。地球的经验表明，即使在一个很保守的假定下，我们对智慧生命的期望也必须降低到有机体和需氧生物，以及硅基生命（即霍塔，是我最喜欢，同时也是《星际迷航》编剧想要抛弃的一个设定）——理想的行星候选者，并期待它们出现在某个存活了几十亿年的、质量大约相当于一个太阳的恒星周边。

虽然有机生物形成的过程相对来说是快速而稳定的，但有什么证据能表明它们基本的成分——即有机分子——存在于宇宙其他地方呢？最近的研究结果仍然十分乐观：有机分子在小行星，彗星，陨石以及星际空间中都有被观测到。其中有些还是构成生物体的复杂大分子，包括氨基酸等。关于太空中气体和尘埃颗粒的微波测量确认了大量的有机化合物，有一部分据推测是复杂的碳氢化合物。因此毫无疑问地，银河系中遍布着各种各样的有机物。

最后，行星的问题怎么解决呢？长期以来，人们相信大部分恒星周围都有着行星环绕。当然，也有部分恒星有着另一个恒星同伴，形成所谓的双星系统。不仅如此，许多年轻的恒星还被观察到拥有气体和尘埃构成的星周盘，据推测，这可能就是行星的前身。各种各样的数值模拟都分析了星周盘对行星质量以及轨道形成的贡献，预测每个恒星平均都会有一个与地球相似的行星在相似的轨道上。但是，正如只有通过品尝才能判断布丁的美味程度，我们只有通过实践才能找出符合预期的行星。在本书出版后大约10年的时间里，有超过100个不同的类地行星被发现了，它们绕着太阳以外的恒星转动着。不过，它们的情况各有不同：有些行星恰好就在预期的位置上，有些和木星一样大的行星比水星的轨道还要小，还有些行星绕着恒星爆炸后的坍缩核转动。这些千姿百态的行星都处在它们恒星周围的“宜居”区域里，因为这些区域类似地球，可能存在着液态水。这些发现也证明了类地行星是极其稀少的。

宇宙广播

但我不想一叶障目而不见森林。让我们回过头来看看，宇宙经历了100亿年的膨胀，靠着普普通通的物理与化学定律，演化出了一种拥有自我意识的生命体，而且这些生命体还能够反过来研究自身诞生的时空，这几乎就是奇迹呀。不过，虽然地球上孕育生命的环境十分特殊，但也绝不是宇宙中的独一份。正如之前所提到的，银河系中有超过10亿个有机体可能的栖息地。再考虑到在已观测到的宇宙中，银河系只是4000亿个星系里的一个，因此很难相信我们在宇宙中是孤独的。不仅如此，大多数第一星族恒星比我们太阳要早形成大约50亿年。从上面的时间尺度来看，在太阳诞生数十亿年以前，可能就有许多智慧生命在银河系中繁衍生息了。事实上，银河系里大多数的智慧生命是应该早于我们出现的。因此，根据智慧文明应该存在的时间长度来看，银河系中估计挤满了比我们出现早上数十亿年的文明吧。而另一个方面，鉴于我们自身的历史，这些文明可能面临过战争与饥荒的威胁，而其中大多数文明并没有挺过去，仅仅存在了数千年。这样的话，宇宙中大多数的智慧生命估计早已逝去了。正如20年以前某位研究者提到的，“智慧生命是否能存在的问题，归根结底还是取决于这种生命的智慧程度究竟达到什么地步。”那么，我们怎样才能知道呢？是发射星舰去探索未知的新世界，达到那些从未有人去过的地方？还是说，通过接收那些在银河系中以光速传播的《星际迷航》的电视信号，等待我们的邻居们发现地球的存在？我觉得两种情况都不会发生，并且这种观点也得到很多人的支持。

首先，我们已经看见星际旅行是多么令人沮丧的一件事了，因为单就需要的能量消耗来说，就远超我们的想象——不论是曲速引擎还是非曲速引擎。试想一下，通过正反物质引擎推进的火箭，以3/4的光速往返于最近的恒星，大约要花费10年，而这个过程所需的能量能满足美国10万年的电能需求！同时这消耗还远远比不上真正的曲速引擎。不仅如此，为了提高找到其他生命的可能性，我们还希望在数以千计的其他恒星上采集样本。即便以光速来旅行的话，恐怕在下一个千禧年到来之前，这个目标也无法达成。

这些当然是坏消息了。不过，我认为好消息就是这同样预示着，我们可能不用过于担心被外星人劫持了。因为他们同样也会考虑到能源的消耗，在那样的预算下，可能就会决定从远处进行探索，毕竟这要容易许多。

因此，我们需要向宇宙广播我们存在的信号吗？毕竟这要更加节省一些。我们可以向最近的恒星系统发送一条10个字的信息，它能被一个合理大小的无线电天线所接收，而我们只需花费不到一美元的电量。但是——这里我再一次借用诺贝尔奖得主爱德华·珀塞尔的观点——如果仅仅只是广播而不去倾听宇宙的声音的话，我们将会错过大部分找到智慧生命的机会。很显然，那些远远早于我们出现的文明能够更好地发送大功率的信号。由于我们才刚刚进行无线电传输80年左右的时间，比我们落后的文明可能还没有掌握相应的技术来接收这种的信号。所以，正如我母亲常说的，我们应该在说话之前多多倾听才好。虽然这么写，但是我突然希望那些更加先进的文明不要恰好想着同样的事情。

但我们要听什么呢？要是不清楚提前应该调到什么频段的话，这也是没什么希望的。这里就可以借助《星际迷航》的指导了。在《星际迷航：下一代》“银河之子”[6]一集里，进取号偶然遇见一种生活在真空里，以能量为食的外星生命。他们尤其喜爱一种特殊的无线电频率的口味——1420MHz，波长是21厘米。

本着毕达哥拉斯的精神，如果天体有着它本身的音乐的话，那这个频率当然就是它的起始音调。1420MHz是电子绕氢原子核自旋进动的自然频率，而氢正是宇宙中最多的元素。在银河系中，即使以0.001的显著性水平来看，这个频率附近的无线电也是占绝对主导的。更重要的是，这个频率精确地落在了跟可见光一样的频率窗口里，正好可以在大气中传播与接收，以帮助有机生命体相互通信。同时，这个频段也很少有背景噪声。射电天文学家已经使用这个频率来描绘银河系中的氢元素分布图了——当然，也就等同于物质分布—并由此确定了银河系的形状。任何智慧物种只要发展到了解无线电波以及宇宙，那他们一定会知道这个频率，这是宇宙的归航信标。36年前，天体物理学家朱塞佩·科可尼和菲利普·莫里森提出这是发送和接收用的自然频率，而至今也无人质疑这个结论。

好莱坞不仅猜测了我们应当监听的正确频率，还提供了监听所需的资金。虽然小规模的监听项目已经进行了30年之久，但是直到1985年秋天，才启动了首个大型的综合监听项目。当时，好莱坞导演史蒂文·斯皮尔伯格合上了一个巨大的铜质开关，正式开启了META计划，即百万频道外星人阵列计划。这个计划是哈佛大学的电子学大师保罗·霍罗威茨提出的。META坐落在马萨诸塞州哈佛大学里哈佛—史密森26米射电天文望远镜处，由美国行星协会提供私人赞助，包括E.T先生一百万美元的捐款。META使用128个平行处理器阵列可以同时扫描在1420MHz范围内的8388608个频率通道，以及所谓的二次谐波，2840MHz。在采集了超过4年的数据之后，META已经将整个天空扫描了三遍，而目的单纯就是为了找寻外星生命的信号。

当然，在监听的时候还是要机智一点的。首先，你要知道即使发送的频率是在1420MHz，收到的频率也不一定就恰好是它。这就是众所周知的多普勒效应—火车汽笛的音调在驶近时听起来更高，在远离时听起来更低。这对所有移动辐射源发射的频率都是成立的。由于银河系中大部分恒星都相对于我们以数百千米每秒的速度移动着，其中的多普勒效应是不能被忽略的。（《星际迷航》的编剧没有忽略这一点；他们考虑到星舰和目标传送器之间的相对移动，给传送器添加了“多普勒补偿器”。）可以想见信号发送者也是知道这个事实的，META的工作人员就从1420MHz信号可能相对我们移动的三个坐标系来寻找它：一个跟随我们太阳系中心移动；一个跟随银河系中心移动；一个跟随宇宙大爆炸后留下的微波背景辐射定义的坐标移动。这样就可以简单分辨出来自地球的信号，因为这种信号全都是固定在地球表面的坐标发出的信号，跟上述情况完全不同。因此，地球信号在META数据里就会呈现“啁啾效应”[7]。

那么地外信号将包含什么信息呢？科可尼和莫里森建议寻找那些最开始的质数：2，3，5，7，11，13……事实上，这就是在“忠诚”[8]一集里，为了让捕获者知道他们正面对一种智慧物种时，皮卡德所敲出的那串数字。这种数字并不常见，几乎不会来自恒星表面风暴的脉冲。而且这也就是朱迪·福斯特在卡尔·萨根和安·德鲁扬的影片《超时空接触》里，第一次得到有关地外智慧生命的证据时，所发现的那种信号。而META的研究人员正在寻找一种更加简单的信号：固定在某一频率上均一稳定的信号，因为这种载波是很容易寻找的。

霍罗威茨和他的合作伙伴，康奈尔大学的天文学家卡尔·萨根，汇报过对META共5年数据的分析结果。在探测到的100万亿的信号中，有37例候选事件是独立发生的。但是这些信号再也没有重复出现过。霍罗威茨和萨根倾向于认为，这些数据至今仍然没有提供明确的证据。最终结果就是，他们通过这些失败的测量，给那些想要与我们联系的高等智慧文明设置了一个数量限制，不论离我们太阳系有多远的距离。

在早期的实验之后，并且也是这本书的第一版发行之后，一个更加精密的实验启动并进行至今，那就是SETI—寻找地外文明实验。事实上，读者们也可以在家里通过一个程序参与到SETI里面来，因为它是利用电脑闲置的时间来帮助分析数据的。除此之外，新型的光学SETI程序已经开始着手寻找闪烁信号了。搜寻外星人这个科学领域曾经孤寂而冷清，而现在充满了激情与活力。

虽然我们为搜寻外星人的信号付出了难以估计的努力，但也只有很小范围的频率被探索过；并且只有功率巨大的信号才能被我们探测到，其功率比地球上所有人类活动产生的总功率还要大。但我们也没有必要悲观，银河系还是相当广阔的。

搜寻还在继续。虽然我们尚未监听到任何东西，但是这也无法阻止我们前进的脚步。我的朋友哈佛物理学教授西德尼·科尔曼曾说过买房子的问题，就跟这差不多：你不应该因为看了上百个房子仍没找到想要的而沮丧，你只需要喜欢上一个就够了。一个确切无疑的信号—尽管听到它的希望很渺茫—将改变我们思考宇宙的方式，同时也将预示着人类进化新纪元的开始。

虽然我们与地外文明的初次接触，不是通过星舰直接去拜访的话，是很令人沮丧的。不过要记得，进取号曾经遇见过的高级文明—塞西瑞恩人[9]的做法：他们不是自己通过星际旅行而去接触其他文明，反倒是将其他星际旅行者带到自己面前来。在某种程度上来说，这就是我们监听其他恒星的信号想要达成的目的。