宇宙中其它生命会是什么模样?

2021/12/24 10:28:38 来源:新浪科技 作者:叶子 责编:潇公子

北京时间 12 月 24 日消息,据国外媒体报道,外星生命假如真的存在,也许会令我们大吃一惊。但如果外星生命与我们习惯的生命形式相去甚远,我们短期内也许很难探测到它们。

在我们开始发挥想象力之前,首先说明一点:本文中对生命的定义是任何能够自我持续的化学反应网络,能够代谢环境能量,并可以按照达尔文的自然选择规律生殖繁衍。此外,本文的讨论范围限定在宇宙视界范围内,即一个以光线从宇宙 138 亿年前诞生至今行进距离为半径的球体。考虑到宇宙膨胀,这一半径约为 460 亿光年。因此这里不涉及对多重宇宙的设想,尽可能实际一些。

宇宙的普适性

现代科学最惊人的发现大概是,同一套物理和化学定律在宇宙各处均适用。如今,我们已经能够对数十亿光年之外的恒星和“婴儿期”星系展开观测,结果发现它们所含的化学元素与太阳别无二致(只是比例不同),演化规律也与太阳完全相同。

由于物理定律的普适性,大多数恒星周围都有行星伴随,行星周围也通常都有卫星包围。每颗星球都是一个单独的世界,有着不同的物理性质和化学组成。这些行星有大有小,有岩质有气态,有的拥有许多卫星、有的则一颗也无,有的倾斜角大、有的倾斜角小(地球与垂直方向的倾斜角为 23.5°,天王星则为 97.7°),有的大气层厚、有的大气层薄,气体种类也各有不同。因此宇宙中的世界极其多种多样。仅仅在我们自己的银河系中,就有一万亿个世界,每一个世界都有自己独特的特征。

亿万又亿万

除了银河系外,我们的宇宙中还有成千上万亿个星系,因此总共有 10^22-10^26 个世界。(顺便一提,这一数字接近阿伏伽德罗常数,即一克氢气中所含的原子数。)

考虑到这个无比庞大的数字,我们很容易认为一切皆有可能,生命总会穷尽各种办法存活下去。但事实并没有这么简单。由于宇宙各处遵循的都是同一套物理与化学法则,生命的可能性和可行性也会受其限制。即使出于科学考虑、我们无法完全排除哪些生命形式不可能存在,但我们可以利用这些物理与化学定律推断出哪些有可能存在。

生命的要求

等功能强大的詹姆斯・韦伯望远镜于本周发射升空后,我们在宇宙中搜索生命迹象时,会期待发现些什么呢?虽然没人知道答案,但我们可以做出一些合理的猜测。

生命应当是碳基的。碳是一种很“随和”的原子,比其它原子都更容易形成各类化学键。硅基生命虽然也有可能,但生化特性相对受限。考虑到生命要想蓬勃发展、繁荣兴旺,必须具有较高的灵活性,碳基更有可能作为各种外星生命的基础架构。

生命需要液态水。虽然永久冻土层中存在一些冰冻的细菌,但它们并不算“活着”,因为其新陈代谢处于停滞状态。由于生命本质上来说就是一台生化反应器,溶剂自然不可或缺,这样才能提供离子流动的媒介。氨虽然也可作为这样的媒介,但它在室温下为气态,常压下需低于零下 33 摄氏度才能变为液态。如果行星温度较低、大气层比较稠密,氨就会维持液态,但这也不能保证生物的存在。水是一种极为神奇的物质,透明、无嗅、无味,结冰时体积会膨胀(这一特性对寒冷气候中的水基生物十分重要,因为冰层下会有液态水),也是构成人体的主要成分。

有了这两大限制条件,我们可以总结出,生命的基本要素应当很简单:碳 + 水 + 其它物质(至少要有氮和氢)。但在此基础上的细节便可能千差万别,令我们大开眼界,就像我们发现生活在海底热泉中的生物时一样。这些生物以无机物作为主要的能量来源,而不是阳光。每颗有可能存在生命的行星都有自己的历史。由于行星上的生物史与行星历史密不可分,每颗行星上的生命也都有自己独特的历史。这就意味着,自然选择也会给这些生命的生存施压,使各种外星生命朝着无法预测的方向发展。

多样化的宇宙

行星的多样性和生命演化的意外性共同造就了一个神奇的结果:不可能有两颗行星拥有完全相同的生命形式。此外,生命形式越复杂,在另一个世界中演化出相同、甚至相似形式的可能性就越低。

因此可以断定,我们是宇宙中唯一的人类。虽然理论上来说,宇宙中也许还存在其他双足行走、左右对称的智慧物种,但绝不会像我们一样。

那么智慧呢?虽然对于物种的存活而言,智慧显然是项重要的“资产”,但并不是进化的目的。进化其实并没有什么目的,也没有最终目标。假如恐龙存活至今,它们也不会进化出语言、或者技术发明能力。生命只要能复制繁衍下去就行,但如果有了智慧,就不可能仅满足于生殖繁衍了。

作为生活在一颗生物圈极为丰富的行星上的物种,我们在化学层面上与宇宙密切相连,生命的基础也与宇宙各处并无分别。但与此同时,我们又和这颗星球上其它所有物种一样独一无二。生命是一种无比神奇、无比复杂的现象,从一串碳基编码和一位共同祖先开始,逐渐创造出了如今的万物霜天。而能够了解到这一点,无疑是我们的荣幸。

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关键词:宇宙生命

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