生命是一个奇迹

智慧是奇迹皇冠上的宝石。

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《创造亚当》局部。米开朗基罗

“人们通常只会在真理面前偶尔驻足。”——温斯顿·丘吉尔

地球气候宜人,水量充沛;地球含有丰富的各类元素;地球上既有海洋,也有大陆;地球生命很早就已开始孕育……这一切,最终导致了人类——这种拥有自我意识的生物在宇宙中出现。

一个行星同时拥有以上这些条件的确非常罕见。莫非地球是一个被优选过的地方?莫非这是一种精心设计?

在下结论前,有必要以实事求是的态度,回答三个问题。




地出。阿波罗17号 / NASA

第一个问题,生命产生的条件是什么?

生命的产生需要一般条件,也需要特殊条件。地球生命产生的特殊条件在别处是否也有可能具备?

假如外星生命的结构与地球生命相似,那么仅银河系,就存在着几十亿个符合条件的行星。

近年来的系外行星研究结果已经明确,宇宙中形态各异的岩石质行星不计其数。

如果这些行星和它们的太阳距离恰到好处,如果它们拥有一个和地球相似的大气层,那里就可能有液态水。

随着技术的进步,探测系外行星的大气结构也已经越来越可行。




银河系想像图。NASA

当然,除此之外,宇宙中也存在着对生命不利的因素。

如果行星位于星系中心,所在区域恒星密度过高,就容易被超新星爆发“消毒”。

的确,星系中心的恒星密度高了,超新星爆发的概率也会高;但与此同时,重元素的生产速度也快了,复杂生命出现的时间有可能更早。几十亿年时间才演化出人类,或许只是因为地球离银河系中心太远。

只有当行星离超新星非常近——比银河中心平均星际距离还近,或者恰好被超新星爆发的波束照到的时候,才有可能被“消毒”。即便被照到,也不会造成彻底的灭绝——因为波束存在的时间很短,一次只能“消毒”半面。只要大气层还在,只要生命的种子还在,一旦环境恢复,复杂生命便会卷土重来。




木星和木卫一。新视野探测器 / NASA

其次,如果行星所在的太阳系中没有木星这样的大家伙,就有可能经受更多的小行星轰击,进而使生命的诞生更加困难。

一个没有木星的太阳系可能会保留更多的小行星,但它们同时也失去了被扰动的机会,失去了闯入内太阳系的机会。

频繁的生命灭绝事件也许会使复杂生命出现得较晚,但同时会加速生命的分化,提升智慧生命出现的概率。




行星状星云“科胡特克4-55”。哈勃太空望远镜 / NASA

最后,如果宇宙太年轻,那就不会有足够多的重元素,而这是生命的必要条件;如果生命出现得太晚,也会没有充足的时间演化出文明。

人类在宇宙中的出现时间相对较早。但在太阳系诞生前,制造恒星和行星的材料,就已经广泛分布在了各个星系中。

在我们发现的备选宜居行星中,有一部分年龄已经超过70亿至90亿岁。由此可见,地球生命很有可能不是宇宙中的首例。




系外行星HD 189733b想像图。这是哈勃太空望远镜发现的首个含有有机分子的系外行星。哈勃太空望远镜 / NASA

第二个问题,生命产生的条件是否罕见?

著名的德雷克方程可以用来推算智慧文明的数量。

根据目前所知,我们可以推算出银河系大约有一万亿到十万亿个有主行星(不包括流浪行星),其中五百亿至八百亿是潜在的宜居行星。这些行星是岩石质的,温度适宜,也有液态水存在的条件。

更重要的是,它们拥有构建生命的元素材料。

根据近年的研究,周期表上几乎所有的元素遍布整个宇宙,而且含量不少。

特别令人吃惊的是,这些元素能够以有机分子的形态存在于太空里。银河中心的“人马座B”分子云不但有水,还有糖和苯。

不但分子云,原行星盘(能够形成太阳系的盘状气体尘埃团)和从恒星流失的物质中,都存在着甲酸乙酯和n-丙基氰这样的复杂有机分子。

万事俱备。生命在宇宙中出现的基数是很大的。




40多亿年前的地球想像图。NASA

把无机物变成有机物是容易的,把没有生命的有机物变成生命就难了。在科学上,这是一个概率。

在我们身上,这个概率是100%。但在别处,这个概率是多少,到目前为止还不得而知。

如果10-25%的备选行星(或卫星)能够产生生命,那么银河系存在或存在过生命的星球数量大约是200亿。这是一个比较乐观的估计。

按照保守估计,这个概率可能是百万分之一。也就是说,银河系存在或存在过生命的星球数量大约是4万。

我们对大型的、特殊的、多细胞的、使用工具的生命最感兴趣。尤其是能够跨越浩瀚的太空,和我们对话的生命。

但是从具备自我复制能力的有机分子到人类,需要几十亿年。很难说智慧生命出现的概率究竟有多高。但是很明显,这里运气的成份很大。恒定的温度、正确的进化和幸运的偶然都必不可少。否则,生命只能在低级形态徘徊。




寒武纪古生物化石。加州大学伯克利分校

与其说我们是进化的必然结果,倒不如讲是个意外。从万事俱备的地球,到人类的出现,这个概率,乐观一点的话也许只有百万分之一。也许十亿个地球才有机会出现一次人类。

也许银河系有2亿个行星存在有能力和我们对话的智慧生命;但如果保守一点的话,这个概率只有前面这个数字的2万5千分之一。

换句话说,生命也许常见,智慧生命肯定罕见。

这是通过有根有据的科学计算得出的结论,是我们真诚面对各种不确定性后得出的结论。




地球。国际空间站 / NASA

第三个问题,如果我们没有在条件符合的地方发现生命,又意味着什么?

正如前文所述,这是一个概率问题。我们应该继续寻找。我们无需把信心寄托在可以被证伪的推测上。科学是一种方法,它能让人学会用自己的眼睛看世界。

生命是一顶奇迹的皇冠,而智慧是这顶皇冠上的宝石。无论是大众还是学界,不相信存在地外生命的人已经不多。只要我们足够幸运,在一代人的时间里,找到地外生命的证据不是幻想。

Ethan Siegel 文 / 老孙 译

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