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科学课科学连线
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科学连线第一期:寻找地外生命
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2019-09-16 17:29:41
 演讲科学家:保罗·戴维斯(Paul Davies),亚利桑那州立大学宇宙学家、BEYOND研究中心主任

特邀嘉宾:李珊珊,任职于国家天文台,从事天文数据分析天文科普教育工作,也是国际天文学联合会(IAU)数据驱动的天文科普教育(DAEPO)工作组成员

时间:20181020

地点:中国科技馆206报告厅

 

科学连线是由中国数字科技馆和《环球科学》杂志联合推出的前沿科学系列讲座,主办方将邀请世界知名科学家通过视频连线或现场演讲的方式,为现场观众带来精彩演讲。同时,主办方还将邀请一位国内学者作为特邀嘉宾出席,与国外知名科学家对话,帮助观众更轻松、更深入地理解前沿科学。

每一期活动结束后,我们都会上传科学家的演讲视频,整理科学家的演讲实录,供广大科学爱好者观看和阅读。下面是科学连线第一期的演讲科学家保罗·戴维斯演讲内容。

 

主题演讲部分:

大家早上好!我是保罗·戴维斯(Paul Davies教授,现在亚利桑那州立大学的办公室这里是晚上。我很乐意和大家讨论寻找地外生命的话题。

人类是不是宇宙中唯一的智慧生命?自古以来人类就有这样的疑问。大约在2000年前,罗马帝国的诗人、哲学家卢克莱修提出,在宇宙其他地方,会存在另一些世界,在那里有不同种类的人,不同种类的野兽。但他的这种推断是哲学意义上的,而不是科学层面上的。

当我还是学生的时候,大概是上世纪60年代,人们认为地球之外是不存在生命的。伦敦一个著名的科学家弗朗西斯·克里克,他发现了DNA的双螺旋结构。他说,生命就是一个奇迹,它需要很多必要条件。法国的一个生物学家莫诺,他也认为在地球之外是没有生命的。他说,人类最终会认识到我们在宇宙中是孤独的,我们的出现只是偶然。

当我年轻的时候,我经常想有地外生命存在,周围的人认为我是疯子。随着时间的推移,到了90年代,关于有地外生命的话题开始流行起来。NASA1998年成立了天体生物学研究所,它的目标就是去寻找地外生命。现在寻找地外生命最容易的做法就是在我们的太阳系寻找。

金星是八大行星中与地球比较相似的,但金星的表面温度太高,对生命而言条件比较苛刻现在有种说法是金星大气中存在生命。实际上火星上存在生命的说法在当下非常流行。19世纪时,就有人认为火星上会存在生命,甚至是智慧生命。1894年,一个叫洛厄尔的美国商人在亚利桑那州建立了天文台,他就在这里用望远镜观测火星。这是一张当时绘制的火星地图,这是用比较简陋的望远镜观测的,可以看到火星表面很多的线条,他就认为这是火星智慧生命挖掘的渠沟,因此他认为火星上是有智慧生命的。现在我们知道这只是他的想象1976NASA发射了两个探测器海盗号,看到了火星真实的样子。实际上火星表面都是沙漠,温度也非常不适宜,因此不可能有生命存在。然而仍有科学家认为,在火星表面存在微生物海盗号取样了火星的地表土壤进行测试,确认在火星表面也没有微生物的存在。科学家并没有放弃。他们在研究火星表面的形态时发现,火星表面很可能在很久以前存在水,大约是在30多亿年前。有的科学家觉得在火星地表下200存在微生物,但这也只是科学家的猜测。

其实关于火星上存在微生物的说法并不异想天开。地球经常被一些小行星撞击,由此产生的微量石块就可能携带着地球上的微生物飞到火星同样火星上的石块也有可能受到撞击飞到地球上。因此,火星和地球在历史长河中发生了物质交换。这张图片其实就是火星石块的一个样品。这块陨石非常有名,它是在南极发现的一块火星陨石。1984年人们声称在其中发现了火星细菌化石,后来受到了一些质疑,目前已经被否定了。

实际上,火星和地球这种陨石交换也影响了科学家寻找地外生命。有可能科学家发现了一种火星生命,但其实是来自于地球而不是真的地外生命。为了寻找地外生命,我们需要往太阳系深处走一走。让我们谈一谈木卫二欧罗巴,虽然木星上被认为不可能有生命,但是它的卫星存在可能性。欧罗巴的表面被冰层覆盖,但我们在冰层的下面发现了液态水。科学家希望在冰层下方20千米30千米处有新的发现。为什么木卫二上面会有液态水呢因为它离太阳比较远,是一个非常寒冷的星球。同时,欧罗巴围绕木星转动时产生了一种潮汐力,可能使得星球产生一些热量,从而存在液态水。

这张照片是卡西尼号飞掠土卫二时拍摄的照片,土卫二表面有一些气体的喷溅。卡西尼号从中探测到了有机物。当然存在有机物并不意味就存在生命,不过这仍是一个好消息,给了科学家一些希望。

如果把视野再往外一点,我们可以寻找太阳系外可能存在生命的星球,它们也被称为系外行星目前科学家发现了几千颗系外行星,还希望能有新的发现。你们有些人知道宜居带的概念在这些发现的系外行星中,特别引起关注的是位于宜居带的行星。当一个行星与恒星的距离比较合适,使得水可以以液态形式存在,那么这种星球更值得我们关注,因为水是生命的基础。开普勒-22b星球的大小和地球比较接近,我们期待下一代的望远镜能不断去发现这样的星球,并有能力去分析它们的大气成分,从而给我们更多的信息。

研究物种起源的达尔文说,他并不愿意去思考生命起源的问题,而更愿意去研究物质的起源。如果连物质从无生命到有生命的过程是如何转化的都不清楚,那我们更无法知道这种事情发生的几率有多大。实际上现在也有一种说法认为,地球上的生命可能起源了不止一次科学家提出了影子生物圈的说法,也就是现有的微生物也许和现在主流的生命有着完全不同的生物化学过程,也有可能是另外生命起源的产物。

我们现在不仅是寻找地外生命,而且也在去寻找地外的智慧生命人们希望知道宇宙中我们是不是孤单的存在,是否有别的生命和我们分享宇宙。

寻找地外智慧生命的项目最早开始于1960年,弗兰克·德雷克(Frank Drake教授创建了寻找地外智慧生命的项目SETISETI主要使用无线电波寻找地外生命。科学家认为,如果一个种族发展出了智慧,发展无线电波是他们的必经之路。目前中国建成的500米口径球面射电望远镜FAST的科学目标最早也是希望可以接收宇宙中的无线电波来发现地外智慧生命。实际上,我们建立再大的装置,也只能被动接收无线电波,而且是地外生命定向发给我们的。然而问题就是,外星人怎么知道我们可以使用无线电信号,然后要给我们发送无线电信号呢?像他们看见了长城,但是他们怎么知道我们能接收无线电信号地球上的无线电信号达到的最远距离也就是100光年,可能更早人类还没有这些能力去向外发射任何信息。无线电信号是宇宙中已知最快的速度,也就是说在这个范围外,还没有办法传播信息出去。

科学家尝试转换思路,去寻找看上去不太像自然形成的结构,那么就可以表明宇宙中存在生命去修建这些结构。其中一个比较吸引人的说法就是,在1960年左右,一个叫弗里曼·戴森Freeman Dyson的科学家,他认为如果存在地外智慧生命,而且智慧程度非常高的话,他们就有可能去开采恒星能源,去修建一个包裹着主恒星的人造天体,他称之为戴森球,现在这个概念科幻中非常流行。也有些科学家讨论宇宙建筑学,他们认为地外智慧生命可能不仅会改造恒星本身,而且会改造生存的整个恒星系统。去年的时候,Tabby女士提出一个非常令人激动的想法,是关于地外行星的发现。作为行星捕手(Planet Hunters项目的一部分,科学家发现恒星亮度有很大的不规则变化,这就让人联想起这是一种非自然的现象,很多人就把这和戴森球联系起来,认为有可能是智慧生命在恒星周围建立一个大的建筑。

其实我们寻找地外生命的难点就在于我们根本不知道应该找什么。回顾人类科技的发展,就会发现人类经历了很多历史阶段:从最开始的石器时代,到近代大型离子对撞机。人类的科技将在未来几千万年内如何发展,我们自己也没有一个准确答案。假设如果有一个这样比我们更高级的外星文明,它又将如何发展,人类又该如何找到他们,我们同样也没有答案。所以很多人也会疑问,既然这么虚无缥缈,为什么还要去寻找地外生命呢?然而我认为我们应该继续去寻找寻找生命或者智慧生命是非常重要的,因为寻找这些生命本身也是审视我们自己的过程,而且这种项目实际上是激励年轻人学习科学非常好的方式。

最后,我希望用德雷克的一句话作为结尾,SETI是一个寻找地外文明的计划,这其实也是在寻找我们自身,去发现我们是谁,在宇宙中该如何自处。


对话部分:

 

李珊珊:据我所知,人类不仅仅在接收信号,同时也在发送信号,比如使用世界上非常强大的射电装置定向的发射信号,是这样吗?

保罗·戴维斯:是的,人类向太空发送消息但目前存在一个争论,就是说我们是否应该向外传递信息。在我看来,这种担忧其实是必要的。就像现在我们的对话,我在做报告,这些信号都有可能在某个时刻被接收机收到。如果有地外生命存在,即便我们不对外发射信号,他们也有可能收到人类日常生活中的信号。

 

李姗姗:教授,您是否觉得我们对外发射信号是一种危险的行为?就像霍金说,科学家不应该这样做,会给自身带来危险。

保罗·戴维斯:是的,霍金是这样认为的。实际上并没有什么关系,地球已经存在这么久,如果真的有高智慧生命来找麻烦的话,不用等到现在。

 

李姗姗:我对您提到的Tabby星很有兴趣。据我所知,它是一个公众科学项目。您能介绍一下吗?

保罗·戴维斯:是的,这个恒星是通过开普勒卫星研究的,开普勒卫星一直在寻找地外行星。我不清楚Tabby是不是知道这个恒星的怪异之处,我也不太清楚它具体是怎么被发现及命名的。

 

李姗姗:我看见您和她在一起进餐的照片,你是否和她讨论过? 

保罗·戴维斯:我认为这其中有比较有趣的故事,所以邀请她来亚利桑大州立大学做报告同时还有另一位科学家做关于Tabby星的报告,照片就是在报告后我们共进晚餐。虽然我觉得大多数人不会因为这个,就认为存在智慧生命,但我仍然认为这是一个重大发现,虽然有很多地方我们还不清楚。

 

李姗姗:我觉得这种现象可能在人类历史中发生过。就像您之前提到火星,因为没有足够好的望远镜,仅凭借观察到的渠沟而认为有智慧生命。但当我们之后有能力登上火星时才发现事情真相。因此,也许以后我们有足够好的设备,我们就能弄清楚Tabby星发生了什么。

保罗·戴维斯:是的,其实这颗恒星本身也有一些奇怪的光电效果,我们也讨论了这点。

 

李姗姗:我还想问一个关于SETI的问题。据我所知有一个SETI at Home的项目,目前这个项目仍在继续吗?是否有相似的项目可以让更多的人参与进去?

保罗·戴维斯:是的,仍在继续,但知道的人已经很少了。

 

观众提问部分:

观众1: Davies教授,你好我很好奇,当我们找到外星人时,应该怎么做我知道,如果他们跟我们居住的环境相似我们可以去拜访他们,跟他们一起生活但如果他们只是细胞呢?或者他们很高级,想殖民我们呢?

保罗·戴维斯:你问了一个很好的问题如果确实有外星智慧生物我认为他们会按照自己的生活方式生活,并且离地球很远而不会出现在我们所在的太阳系他们很可能生活在很多光年以外,甚至上百、上千光年以外所以,我们很难去他们那里,他们也很难到我们这里我们会相隔得很远这里还有一个问题不光是距离的问题 ,还有时间的问题不管是什么外星生命都有可能比我们先进,可能先进几百年,甚至几百万年我们真的无法想象,这样的外星文明会是什么样子他们将与我们非常不同就像我们与蚂蚁不同一样真的很难想象,我们能否与他们进行有意义的沟通

 

观众1要是外星人想要殖民我们该怎么办

保罗·戴维斯:很多人都害怕这一点但是如果外星人想要殖民我们的星球那为什么他们还没来呢?如果我们附近有这样的外星文明他们也许早就来了他们没理由在刚好有人类的时候才来这里我认为如果外星人想要殖民我们的星球这早就该发生了但也有可能他们一开始没找到我们但是如果他们有非常先进的技术他们可以用飞船穿越星系他们就肯定能发现地球上的生命就像我们在寻找其他行星上的生命一样他们肯定有非常先进的仪器可以看到我们的星球,可以看到上面的生命如果他们想要来到我们的星球他们可能很早就来了

 

观众1如果这样的危险确实存在,为什么还要寻找地外生命

保罗·戴维斯:我们不应该为此因为如果外星人比人类先进很多那么他们想什么时候来地球就什么时候来在地球4.5亿年的历史上人类只是存在了几百万年如果外星人想夺取我们的星球他们什么时候都可以但是他们没来过,所以我认为没有危险他们没理由因为人类出现才过来

 

观众2除了FAST射电望远镜还有詹姆斯·韦伯太空天文望远镜TESS项目这些项目都是用来寻找外星人的吗?

保罗·戴维斯:詹姆斯·韦伯天文望远镜是为了代替太空中的哈勃望远镜并且功能更加强大}它的主要功能就是宇宙学方面的用来研究宇宙的大尺度结构并不是主要用来寻找地外生命只是可以用来寻找地外生命我认为在寻找地外生命更有机会的是新一代地面望远镜它们将能够分析系外行星的大气层的成分这才是最有可能检测到生命的方式通过观察跟地球相似的行星围绕另一个恒星运行分析它的大气层,看里面是否有氧气再过20年,我们就能这样做了我应该提一下除了光学望远镜,比如詹姆斯·韦伯望远镜和下一代地面光学望远镜还有一种新的无线电系统叫做平方千米阵列有一部分位于南非还有一部分在澳大利亚合起来总共的面积是1平方千米它不仅为天文学带来了新的可能它也将有助于SETI项目因为在原则上,这样一个仪器系统将有能力搜寻更大范围的频率、更广阔的太空但我也要指出,它每天产生的数据量相当于互联网上的所有数据所以分析这些数据是一项很大的挑战

 

观众3你在PPT中引用了达尔文的一句话提到了物质的起源这方面的科学研究进展如何目前是什么状态,有什么发现吗?

保罗·戴维斯:我常常说今天我们已经明白了物质的起源我们不知道生命的起源,但我们已经知道了物质起源于大爆炸所以我知道能量能产生物质它发生在粒子加速器中,比如大型强子对撞机(LHC它位于瑞士,在里面,质子一圈一圈地加速当它们碰撞时,就会产生很多其他粒子所以我们现在已经能够用能量来制造物质然而,当我们制造物质时,我们总是制造出相同数量的反物质所以一个谜题就是,为什么大爆炸只产生了物质,去没有产生反物质这个问题还没有得到解决

 

观众4教授你好,我有一个问题您觉得发现地外智慧文明是好事,还是坏事它对人类的未来有什么影响即便他们不会殖民我们有一个理论说,可能存在一个大过滤器如果大过滤器在我们前面那意味着如果我们发现了外星文明,它将为人类带来灾难如果我们没有发现外星文明,这意味着大过滤器已经在我们身后,我们就是安全的这就是我的问题,谢谢

保罗·戴维斯:如果宇宙中确实没有其他的智慧生命将有两种可能一种就是生命很容易开始,但文明很难出现在这种情况下,我们应该对未来保持乐观因为我们是罕见的文明,没理由不继续繁荣但是还有一种可能就是生命很容易开始,智慧也很容易产生也有很多文明曾经出现过但他们在很短时间内就将自己毁灭了所以没找到地外文明,不是因为它很罕见而是因为他们没能持续很长时间我们不知道哪一种可能是真的但是如果我们发现,生命的起源是非常罕见的对我们来说确实是好消息但是如果发现生命的起源是非常容易的那就是坏消息因为那样的话,就应该存在很多地外文明大致上就是这样,我也不知道哪一种是正确的我自己也不知道生命的起源是容易的,还是困难的

 

观众5教授你好,我有一个问题我们知道在通话中我们会加密信息,来保证通信安全这样其他人就知道我们在说什么如果我们从太空中接收到这样的加密信息我们就知道它可能是来自外星文明但是如果我们没有相同的通话协议我们又怎么知道他们在说些什么呢

保罗·戴维斯:谢谢你的提问,这是一个非常有趣的话题在地球上,我们理解彼此已经够费劲了比如中国,还有西方文明,我们有很多误解和虽然我们是同一个物种试想一下,跟另一个物种交流又该有多难我们会有任何相同之处吗?我们也许会遇到这样一个物种它有着完全不同的神经元结构也就是说,它们的大脑会跟我们的完全不一样但是,我们很可能有一个共同点,那就是数学因为,每个人的数学都是一样的在宇宙各处都是一样的它不取决于文化,不取决于语言,它在哪里都是一样的所以,我认为跟外星人的交流应该是从数学开始还有物理定律,它们也是用数学来表达的我举个例子有一个数,物理学家把它叫做宇宙精细结构常数它是一个纯数,来源于量子力学和电动力学如果你了解量子力学和电动力学,你就应该知道这个数字如果我们把这个数字发送给外星人他们马上就能知道我们的文明程度,知道我们对世界的了解程度所以说,这样的数字是宇宙的通行语言所以,这样的沟通是完全独立于文化的

 

观众6如果我们在另一个星球上找到了外星人它需要哪些基本条件呢外星生命的存在需要哪些条件?

保罗·戴维斯:这里面有很多讨论,比如当我们第二天收到外星文明的信息我们应该怎么办?我正好是考虑这一问题的委员会里的成员我个人的观点是,我们不应该害怕告诉公众,我们在宇宙中不是唯一的但我们在回信的时候要特别小心我们需要考虑所有人的建议我认为我们首先应该做的是向全世界公布我们发现了一个地外文明但我们也要告诉所有人,我们接下来要小心行动目前国际上还没有统一的看法

 

观众6不好意思,我刚才没讲清楚刚才的问题是,系外行星上需要哪些元素,生命才能存活比如那里需要有氧气,或者需要有水

保罗·戴维斯:这是另一个难题很多人认为,发现有氧气就已经足够了但实际上并不是这样有些物理过程也能向大气中释放氧气但是如果发现了混合气体,比如氧气和甲烷那就很难解释它们如何共存,如果不是有生物在不断补充这些气体的话所以可能有什么东西在持续补充甲烷比如一些微生物,所以这两种其他能够同时存在所以可能不只需要一种气体,可能需要好几种气体

 

主持人:保罗·戴维斯教授,你想向我们介绍一下超越中心吗?

保罗·戴维斯:超越中心位于亚利桑那州立大学研究科学里面的重大问题比如宇宙的起源、生命的起源和意识的本质以及我们在宇宙中是否是唯一的,还有时间旅行真的存在吗我们研究的就是这些问题我们有一个研究生命起源的大型项目作为我们的主要工作我们还研究癌症的起源因为我们认为它对于理解生命的起源很重要所以说我们这里的科研活动挺多元你们当中的有些学生可能会在2月份来这里参观跟着一个中国的科学冬令营如果你在那里,我们将欢迎你们过来参观好了,我觉得是时候说再见了

保罗·戴维斯:我能再说一句吗?我看到观众中有很多小朋友我想说的是,这个世界需要科学家我希望你们中的有些人能考虑选择科学作为自己的事业它将是你生命中的一个美妙选择我在你们的年纪时,做出了这样的选择我丝毫不感到后悔选择科学生涯真的令人激动所以,请努力学习,完成作业,通过考试,然后成为一名科学家因为我们需要你

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