四千字教程︱快2024年了，和外星人聊天需要幾步？

如果你點(diǎn)進(jìn)來只是想看外星人，我建議你現(xiàn)在可以劃走了。到目前為止，我們還不能下結(jié)論說地外生命存在與否，能夠交流的地外生命就更不用說了。不過如果哪天我們真的遇上外星人，免不了的一件事情就是相互交流。和外星人聊天可能沒有大家想象中那么難，實(shí)際上，這跟把大象放進(jìn)冰箱一樣簡(jiǎn)單。

眾所周知，把大象放進(jìn)冰箱只需三步

STEP 1

尋找外星人

想和外星人聊天，首先當(dāng)然是要找到外星人。雖然我們一直沒找到，但千萬不要因此覺得找外星人這件事情本身有多困難。想一想如果你要在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中找一個(gè)人，你可以想到幾種方式呢？其實(shí)不外乎以下三類：

●找到這個(gè)人的住所/工作單位，直接登門拜訪

●找到這個(gè)人的電話號(hào)碼/電子郵箱/社交賬號(hào)，在線上取得聯(lián)系

●發(fā)布尋人啟事

這三類尋人方式正好可以類比到我們目前尋找地外生命的三種方式。

第一種尋找地外生命的方法，其實(shí)就是發(fā)射探測(cè)器直接到某一天體，或環(huán)繞或登陸，自太空時(shí)代以來人類已經(jīng)干過無數(shù)次了。以人類目前的技術(shù)水平，這種「登門拜訪」的方式暫時(shí)只能在太陽系內(nèi)開展，而且往往不是專門為尋找地外生命設(shè)計(jì)的，更多地是為近距離研究天體本身的物理、化學(xué)、地質(zhì)等性質(zhì)。當(dāng)然，換個(gè)角度來說，搞清楚了這些性質(zhì)，也多少能夠了解這個(gè)天體是否適宜生命乃至智慧生命存活。

祝融號(hào)著巡合影丨國(guó)家航天局

目前進(jìn)入了星際空間的先驅(qū)者號(hào)與旅行者號(hào)也算是準(zhǔn)備「登門拜訪」外星人，只不過我們壓根不知道是登哪個(gè)門，要拜訪誰，兩者更像是宇宙「漂流瓶」。

旅行者一號(hào)丨Wikipedia

第二種地外文明尋找方式是目前的主流，有點(diǎn)類似在線上與他人聯(lián)系。兩者不同之處是我們實(shí)際上沒有和任何地外生命取得聯(lián)系，我們目前能做的是時(shí)刻監(jiān)測(cè)天空中是否出現(xiàn)了可疑的非自然信號(hào)[1]，或者觀測(cè)已知的系外行星上是否存在一些生命特有的化學(xué)或物理特征。

大名鼎鼎的SETI（Search for extraterrestrial intelligence）就是一例。如今SETI一般指SETI研究所[2]，而研究所就是由NASA最初的SETI計(jì)劃發(fā)展而來。歷史上的SETI計(jì)劃有奧茲瑪計(jì)劃[3]、鳳凰計(jì)劃[4]等。目前SETI研究所負(fù)責(zé)運(yùn)行專用于搜尋地外生命的艾倫望遠(yuǎn)鏡陣列（ATA），以及一項(xiàng)在可見光波段尋找地外生命信號(hào)的激光SETI計(jì)劃（Optical/LaserSETI）。

艾倫望遠(yuǎn)鏡陣列︱SETI Institute

世界范圍內(nèi)類似的計(jì)劃還有俄國(guó)富豪米爾納發(fā)起的突破聆聽、突破觀察計(jì)劃[5]。

尋找地外生命時(shí)，還有一種方式是向特定天區(qū)發(fā)送信號(hào)[6]，最著名的例子有阿雷西博信息，這類似于我們?nèi)粘Ｋ姷膶と藛⑹隆Ｓ捎诎l(fā)送信息的同時(shí)也暴露了地球的位置，部分學(xué)者并不贊同這種主動(dòng)熱情的搜尋方法。另外相比前兩類尋找方式，主動(dòng)發(fā)送信號(hào)的做法只適用于尋找有能力接收信號(hào)并做出回復(fù)的地外智慧生命，也就是一般意義上的「外星人」。

1974年朝武仙座球狀星團(tuán)發(fā)送的阿雷西博信息

STEP 2

給外星人發(fā)消息

以上歸納的三種地外文明尋找方式，實(shí)際上也代表了人類與地外文明交流的兩種辦法：

一種類似與古代飛鴿傳書，快馬送信，例子如先驅(qū)者金銘牌、旅行者金唱片[7]；另一種則像是19世紀(jì)中葉~20世紀(jì)初流行一時(shí)的電報(bào)，如阿雷西博信息、宇宙的呼喚[8]等。這兩種方式實(shí)際上只是將適用于地球尺度的通信方式的照搬到了星際尺度。在星際尺度下，第一種「飛鴿傳書」式通信顯然聊勝于無，發(fā)射了數(shù)十年的先驅(qū)者號(hào)和旅行者號(hào)如今還在太陽的引力范圍內(nèi)；而「電報(bào)」式通信最明顯的問題就是不可忍受的延遲，一次對(duì)話就需要短則數(shù)十年，長(zhǎng)則數(shù)百年的時(shí)間。

武仙座球狀星團(tuán)距離地球超過2萬光年，即便這里真的有外星人，我們收到阿雷西博消息的回復(fù)也要等到4萬年以后丨Wikipedia

另外過去所有以電磁波形式發(fā)射的SETI信息都較為簡(jiǎn)短[9]，地外文明需要具備全天候全方位全波段監(jiān)測(cè)宇宙信號(hào)的能力才能保證不錯(cuò)過我們發(fā)送的信息。這種監(jiān)測(cè)能力的基礎(chǔ)其實(shí)正是目前天文學(xué)新興熱門方向之一——時(shí)域天文，其主要觀測(cè)方法[10]除了可以幫助天文學(xué)家更好地研究一些轉(zhuǎn)瞬即逝的天體物理過程，也能用于尋找可能的地外文明信號(hào)。

最近啟用的墨子巡天望遠(yuǎn)鏡，理論上可在三天時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)北天球巡天︱wfst.ustc.edu.cn

在時(shí)域天文學(xué)領(lǐng)域，人類還有很大的提升空間。以目前的監(jiān)測(cè)水平，如果有地外文明向地球發(fā)送了他們的「阿雷西博信息」，我們大概率是會(huì)錯(cuò)過的。換個(gè)角度來看，我們現(xiàn)在討論過去發(fā)送的SETI信息是否暴露了地球坐標(biāo)多少有點(diǎn)杞人憂天。就那些信息微不足道的體量，地外文明但凡走個(gè)神就發(fā)現(xiàn)不了。

考慮到星際通信的時(shí)空限制，應(yīng)該嘗試把尋找和交流統(tǒng)一起來，即發(fā)送的消息要肩負(fù)尋找和交流兩種功能。科幻電影《超時(shí)空接觸》提供了一條思路，電影中地外文明發(fā)來的信息中首先包含了一條人類過去向宇宙廣播的內(nèi)容（1936年柏林奧運(yùn)會(huì)開幕式），一同發(fā)送的還有一份超過6萬頁(yè)的設(shè)計(jì)圖紙。

地外文明傳送的設(shè)計(jì)圖紙︱《超時(shí)空接觸》

如果我們想找到一個(gè)有能力交流，且交流方式[11]與人類相近的地外文明，可以采用與《超時(shí)空接觸》中地外文明類似的做法，以電磁波的形式傳送大量人類文明信息。SETI專家賽思·肖斯塔克（Seth Shostak）就提出[12]我們可以傳送「大數(shù)據(jù)」，比如互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容，包括文本、圖片、視頻、音頻等，讓地外文明意識(shí)到我們存在的同時(shí)全面了解我們的社會(huì)特征，甚至在解讀信息期間產(chǎn)生的一些疑問可以直接通過信息本身找到答案，這便是結(jié)合了尋找與交流的通信形式。肖斯塔克還簡(jiǎn)單估算了發(fā)送信息所需的時(shí)間，如果是射電波段需時(shí)數(shù)個(gè)月；如果使用高功率激光，可以在幾天之內(nèi)發(fā)送完畢。

賽思·肖斯塔克（Seth Shostak）丨Wikipedia

當(dāng)然，怎么交流是一個(gè)問題，交流些什么是另一個(gè)問題。在發(fā)送「大數(shù)據(jù)」之前，我們大概還需要認(rèn)真思考包括但不限于：應(yīng)該發(fā)送具體哪些內(nèi)容，誰有資格來做這個(gè)決定？地球文化與外星文化必然存在巨大差異，我們地球人覺得合適的內(nèi)容是否會(huì)引起外星人的反感乃至憤怒？等等。

STEP 3

收到外星人回復(fù)

如果我們完成了前兩步，甚至成功收到了來自外星的回復(fù)，這時(shí)候我們先別急著高興，因?yàn)榻酉聛聿攀钦嬲目简?yàn)：我們需要知道外星人說了些什么，這意味著我們要解讀一種過去從未接觸過的外星語言。

這個(gè)問題看似無從下手，其實(shí)在地球上我們經(jīng)歷過類似的情況。我們已經(jīng)注意到某些動(dòng)物的交流方式可能就是我們「從未接觸過」的語言；而對(duì)古埃及象形文字（圣書體）的研究歷程也無異于破譯一種「外星文字」。

先說說古埃及圣書體的故事。目前認(rèn)為圣書體發(fā)源于5200年前（即公元前32世紀(jì)）的青銅時(shí)代早期，在中王國(guó)時(shí)期（公元前21世紀(jì)～前18世紀(jì)）形成了成熟的書寫文字體系。在公元5世紀(jì)后，圣書體由于缺乏使用場(chǎng)景被逐漸遺忘。

古埃及圣書體︱Wikipedia

從公元5世紀(jì)到18世紀(jì)間，有數(shù)次對(duì)圣書體的破譯嘗試，但都未取得實(shí)質(zhì)性突破。直到19世紀(jì)初，在英國(guó)學(xué)者托馬斯·楊（Thomas Young）和法國(guó)語言學(xué)奇才商博良（Jean-Fran?ois Champollion）的聯(lián)手努力下，圣書體的本意才得以重見天日。

托馬斯·楊（Thomas Young）︱Wikipedia

商博良（Jean-Fran?ois Champollion）︱Wikipedia

回顧這次成功的古文字破譯過程，除了楊和商博良兩人的天才，還有一個(gè)至關(guān)重要物件，那就是1799年在埃及出土的一塊石碑，因在港口城鎮(zhèn)羅塞塔的郊外被發(fā)現(xiàn)，也稱「羅塞塔石碑」。

羅塞塔石碑，現(xiàn)藏于大英博物館︱Wikipedia@Hans Hillewaert

羅塞塔石碑上刻錄了古埃及法老托勒密五世頒布的一則政令，主要敘述了托勒密五世自父親托勒密四世處襲得的王位之正統(tǒng)性，與托勒密五世所做的許多善行，例如減稅、在神廟中豎立雕像等對(duì)神廟與祭司們大力支持的舉動(dòng)。讓羅塞塔石碑在破譯圣書體過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的，并不是政令內(nèi)容，而是其刻錄方式：石碑上有三種文字，記錄了同一份政令內(nèi)容，三種文字自上而下依次是圣書體、世俗體和古希臘文。石碑上獨(dú)特的三語對(duì)照文本意味著學(xué)者們終于找到了一把破譯圣書體的「鑰匙」。1822年，商博良致信時(shí)任法蘭西文學(xué)院秘書邦-約瑟夫·達(dá)西耶（Bon-Joseph Dacier），宣布自己完全破譯了羅塞塔石碑上的象形文字。

某個(gè)版本的石碑復(fù)原圖︱Wikipedia@A. Parrot

如果要翻譯外星語言，一段「羅塞塔石碑」式的雙語對(duì)照文本將會(huì)必不可少。問題是兩個(gè)文明從未接觸過，雙語對(duì)照又從何談起？我們需要尋找一些地球文明與地外文明可能會(huì)共享的信息。目前科學(xué)界普遍認(rèn)可數(shù)學(xué)是宇宙通行的「語言」，很多科幻作品中都會(huì)描述星際文明與地球的最初溝通內(nèi)容是數(shù)學(xué)；宇宙中普遍存在的物理實(shí)在也可以作為一種翻譯「中介」，例如氫元素或電磁波的一些性質(zhì)。

學(xué)好數(shù)理化，走遍宇宙都不怕︱電影《超時(shí)空接觸》

我們過去設(shè)計(jì)的一些SETI信息會(huì)在一開始加入這類「羅塞塔石碑」式信息，例如先驅(qū)者金銘牌上和旅行者金唱片的封面都給出了中性氫原子超精細(xì)躍遷圖像，用以定義整個(gè)信息中長(zhǎng)度與時(shí)間的基本單位。

中性氫原子超精細(xì)躍遷現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度和時(shí)間分別是21.106厘米與0.704納秒︱NASA

接收外星信息時(shí)使用到的儀器所依賴的科學(xué)技術(shù)也會(huì)是重要的突破口。比如我們通過射電望遠(yuǎn)鏡收到了地外文明發(fā)出的信號(hào)，某種程度上就說明地外文明擁有與我們相當(dāng)?shù)臒o線電通信技術(shù)。

古文字終究還是人類自己創(chuàng)造的產(chǎn)物，而對(duì)動(dòng)物通信模式的研究可能更接近于研究一種人類從來都沒有了解過的「語言」。多伊爾（Laurance R. Doyle）等學(xué)者2011年在《宇航學(xué)報(bào)》（Acta Astronautica）上發(fā)表了一篇名為《信息論，動(dòng)物通信與地外智慧生命搜尋》[13]（Information theory, animal communication, and the search for extraterrestrial intelligence）的文章。幾位作者認(rèn)為，不管是什么物種，要傳遞智識(shí)（如復(fù)雜的知識(shí)），就必須遵守信息理論的某些規(guī)則。他們從信息論的角度分別考察了人類文字與寬吻海豚、座頭鯨以及樹棲松鼠猴等一些動(dòng)物的通信系統(tǒng)，具體來說就是研究他們是否符合齊普夫定律（Zipf's Law）[14]。

論文摘要︱參考文獻(xiàn)[13]

所謂齊普夫定律，簡(jiǎn)單理解就是在一段文本中某個(gè)高頻詞的出現(xiàn)次數(shù)反比于該高頻詞出現(xiàn)次數(shù)的排序。在一段符合齊普夫定律的文本中，第二高頻詞的出現(xiàn)次數(shù)是最高頻詞的一半，第三高的又是最高的三分之一......出現(xiàn)頻次排名第十的詞匯，其出現(xiàn)次數(shù)會(huì)是最高頻詞的十分之一。

齊普夫定律最初是在人類語言文本中發(fā)現(xiàn)的，但幾位學(xué)者注意到寬吻海豚與座頭鯨的聲音交流系統(tǒng)竟然也符合人類世界的齊普夫定律。

如果一套信號(hào)系統(tǒng)符合齊普夫定律，該系統(tǒng)的齊普夫斜率應(yīng)落在-1附近︱參考文獻(xiàn)[13]

不僅如此，人類語言文本遵循的高階信息熵結(jié)構(gòu)(high-order information-entropic structure)特征也在寬吻海豚的聲音交流體系中出現(xiàn)了。

在人類語言中，隨著信息熵的階數(shù)（詞語/字母數(shù)量）增加，總信息熵在逐步降低︱參考文獻(xiàn)[13]

嚴(yán)格來說齊普夫定律和高階信息熵結(jié)構(gòu)都只是語言的必要不充分條件，寬吻海豚的交流系統(tǒng)在這兩個(gè)指標(biāo)上與人類語言接近，不代表海豚就一定擁有像人類一樣的語言系統(tǒng)。不過這種定量研究非人類通信系統(tǒng)復(fù)雜性的過程為我們探測(cè)地外生命提供了全新思路，比如可以在未來的地外生命搜尋項(xiàng)目中加入基于信息論方法的儀器或算法。

參考&拓展：

[1]歷史上有一些未知物理過程的信號(hào)被當(dāng)成是非自然信號(hào)，遠(yuǎn)的有脈沖星，近的有快速射電暴（FRB）

[2]https://www.seti.org/

[3]https://www.seti.org/project-ozma

[4]https://www.seti.org/seti-institute/project/details/project-phoenix

[5]https://breakthroughinitiatives.org/about

[6]https://en.wikipedia.org/wiki/Active_SETI

[7]這里指兩者在形式上類似「飛鴿傳書」，這幾艘探測(cè)器因?yàn)闆]有明確的目的地，本質(zhì)上只能算宇宙「漂流瓶」

[8]https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_Call

[9]阿雷西博信息的持續(xù)時(shí)間還不到3分鐘，2003年「宇宙的呼喚」科學(xué)信息總時(shí)長(zhǎng)接近1小時(shí)，個(gè)人信息總傳輸時(shí)間約11小時(shí)

[10]如大視場(chǎng)巡天

[11]主要通過電磁波

[12]https://www.nytimes.com/2015/03/28/opinion/sunday/messaging-the-stars.html

[13]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0094576509005682

[14]https://en.wikipedia.org/wiki/Zipf%27s_law

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