我们要改变搜寻外星人的方式,从宇宙学角度定义生命

2021/1/4 9:13:45 来源:新浪科技 作者:- 责编:骑士

北京时间 1 月 4 日消息,据国外媒体报道,在金星大气层发现外星生命迹象可能是 2020 年最重大的天文消息,但没过几天,这则消息就从科学头条新闻中消失了…… 事实上,此类重磅新闻在历史上并非独一无二,1996 年,当时美国总统比尔 · 克林顿站在白宫南草坪上宣布:科学家发现一块火星陨石上潜在着外星微生物化石!即使人类科学探索历程中出现诸如此类的重大发现,它们的出现也将伴随着诸多争议,很快都以失败告终,因为我们无法从这些发现中证实外星生命存在的确凿证据,目前我们当务之急是需要改变以何种方式搜寻外星生命!

2020 年,科学家探索外星生命炒作周期也没有什么不同,研究人员宣称,在金星大气层中发现磷化氢,这可能是潜在外星生命的证据。但不久后部分专家强调,在金星上没有生命的情况下,仍有可能会产生磷化氢,尽管之前研究人员曾努力排除这种可能性,但事实表明磷化氢作为潜在生命的迹象并不充分。

批判者很快指出,金星大气层检测出磷化氢,这一现象本身就证据薄弱,缺乏说服力,并且到目前为止科学界达成的共识是,该项检测结果可能是误报。但即使可以在金星大气层探测到磷化氢的确凿证据,但该争论或者下一轮炒作周期的争论,都不太可能在短期内获得解决,因为我们目前寻找地外生命的方式并不完善。

天体生物学家主要是在地球上寻找生命迹象,或者说是生物特征,一个典型的例子就是在系外行星大气层寻找氧气。地球大气层中的氧气是光合作用的产物,如果地球没有生命,我们的大气就不会出现充足的氧气。同时,对于远程勘测来讲最重要的是,氧气能被探测到。基于以上因素,天体生物学家认为,在类地系外行星大气层中检测到氧气,将是生命存在的确凿证据。然而,在不同条件下模拟系外行星的模型多次表明,在没有生命的行星上,也可能产生氧气。

众所周知,在没有生命存在的情况下,木星和土星大气层也能产生磷化氢,如果该物质也被证实存在于金星大气层,我们无法排除磷化氢是某种未知非生命机制产生的。

金星潜在生命制造磷化氢产生的观点争议,将成为未来几十年天体生物学家面临的危机缩影,这是关于最新发现和持续性争议的一场战争,在另一颗行星上发现生命对于人类来说应该是一个重大事件,但任何宣布的地外生物特征检测消息都不会是一个里程碑,而会带来混乱,因为科学家们不会就某项重大发现达成一致观点。

在地球上,我们不是通过大气层副产物来识别生命特征,事实上,我们目前的生物特征没有一个能揭晓核心问题:我们是如何存活下来的?我们的生物特征并不是生命的决定性标志,因为我们对生命究竟什么,并没有一个连贯清晰的理论认知。

为了避免这场危机,天体生物学家需要正视一个问题(这也是我们一直潜在回避的问题):生命是什么?我们不能通过发现外星生命来直接回答这个问题,因为我们不可能在没有找到答案之前就发现外星生命。我们需要通过理解控制地球生命的抽象原则来回答这个问题,然而,反之我们可以利用对外星生命探索的历程来验证我们的答案。

到目前为止,如果完全忽略这个问题,而使用当前定义来匹配我们对生命的认知,似乎还能获得一些进展。从表面上来看,生命应该很容易定义,但对于任何形式的生命定义,总有一些形式的生命被排除在外,而符合定义标准的非生命体也会排除在外。美国天文学家卡尔 · 萨根的著名论断表明,采用一个对进食、新陈代谢、排泄、呼吸、运动和对外界刺激有反应能力的定义,看似是简单的标准,但可能会导致任何到访地球的外星人认为汽车是地球主导生命形式。

被民众认可的一个生命定义是——“生命是一个自我维持的化学系统,能够实现达尔文式的进化”,它排除了任何不能繁殖的生物,因为它们不能进化,因此,如果人们将该生命定义看得太严格的话,骡子将被排除在外,定义生命的挑战性理论甚至会认为生命是不存在的,或者试图定义生命的观点是没有科学意义的。虽然定义生命的概念并非简单的事情,在生命是什么和不是什么之间存在诸多置疑,但推导出一个解释生命的理论不需要符合我们天真的期望,相反可以扩大我们对宇宙生命的认知理解。

其他学科都牢固建立在这种理论基础上,在天体物理学中,基于解释数学定律和观测模式的预测在指导我们寻找猜想存在但尚未有实质性经验证据的现象方面发挥了重要作用,例如:阿尔伯特 · 爱因斯坦在 1915 年发表了广义相对论,为解释引力物理学的新理论奠定了基础,他通过在光和引力的属性之间建立一种违背直觉而又极富洞察力的联系实现了这一点,而这种联系正在重塑我们对空间和时间的概念。在爱因斯坦的理论中有许多新的预测,其中之一是引力波的存在,事隔 100 年,2015 年,科学家宣称发现引力波。这是一个突破性的发现,但它之所以成为可能,是因为爱因斯坦在 1 个世纪前设计了理论基础。

此外,成功探测地外生命还需要数十年的高灵敏度仪器勘测和精密统计分析,无论我们发现了什么解释生命的理论,都可能有类似违背直觉的观点,并产生关于我们的宇宙如何运行的更具革命性的想法,毕竟生命远比万有引力更加复杂。但现在我们没有相应的理论观点来指引地外生命搜索,如果没有这样的指导性理论,即使是用 100 年时间,也很难像科学家基于爱因斯坦引力波理论发现引力波的存在,也可能严重低估了我们发现外星生命的距离,当然,前提是外星生命确实存在。

宇宙生命的普遍性理论是什么样的?我们必须解释目前物理学和化学定律无法解释的生命系统特征。也就是说,必须查明宇宙中生命进化历程,该方法的一个方向是朝向复杂化,举例来讲,单纯依靠物理学无法解释生命通过信息处理来构建复杂物体的能力,也就是说,在缺乏如何构建生命的信息或者指令的情况下,统计学范畴的生命形式是不可能产生的。如果我们在火星上找到一个螺丝刀或者其他复杂物质,例如:蛋白质,将暗示着火星潜在着生命形式,因为我们不认为物理定律导致这些物体波动而证实其存在。

这些观点正在被新的未知生物探索方法进行验证,该方法不需要像地球生命一样的化学成分,而是专注于量化带有进化历史特征的分子特性。分子组太过复杂而无法偶然形成,就需要一个物理系统来提供如何组装它们的信息,也就是说,复杂分子是生命系统存在的统计指示器。这将比当前的生物标记更加明确,而我们对某系外行星大气层中的氧气存在的最佳解释是:“如果未发现已知生命,我们还未搞清楚该星球大气层是如何产生氧气的。”

未知生物特征可使我们评估数学范畴上的可能性,即我们所发现的事物是由进化过程选择的活体信息处理系统创造的,从而导致关于生命基础普遍原则的越来越清晰的假设臆测。

虽然以理论为导向的天体生物学研究方法仍处于起步阶段,但它们为我们揭晓这个古老问题提供了希望:我们地球人类在宇宙中独一无二的吗?科学探索和国际社会将如何应对这一问题,除非我们能展开自己的想象力充分捕捉生命的广度和深度,否则我们不会被那些非生物标记发现所打动。

一项证实生命是什么的深层次理论发现,将远比宣布我们发现某种代谢副产物更具意义。外星生命的发现不仅仅是在一个遥远星球发现令人震惊的生命信号,它更是一种洞察人类进化,以及揭晓人类在进化历程中所扮演角色的宇宙故事。就像我们在理解宇宙方面取得的其他重大进展一样,这需要我们深入挖掘,并将人们自身本性理论化。但是探索地外生命需要我们以一种任何科学领域都无法面对的方法去实现,因为这不仅仅是试图理解宇宙,而是理解我们人类在宇宙中的进化历程,只有当我们能够做到这一点,才有希望最终发现地外生命,以及通过这些发现改变我们对地球生命的理解认知。

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关键词:外星人生命地球

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