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5月17日,2026搜狐科技年度論壇在京盛大開幕。來自科學界、學術界和產業界的近三十位嘉賓共襄盛會,圍繞基礎科學和人工智能話題展開探討思辨。
在下午的論壇中,北京師范大學物理與天文學院教授張同杰,帶來《地外文明搜尋(SETI)60年回顧和進展:我們在宇宙中是否孤存?》主題演講。
張同杰指出,很多科學家都相信地外生命是存在的,有三個科學依據,一個是德雷克公式,第二是哥白尼原理,還有第三個系外行星的發現。
“有人通過德雷克公式做過統計,銀河系里面的文明數量應該是不少的,我們現在已經觀測到的系外行星有6000多個。這是非常振奮人心的支持。”
“我相信宇宙不會永遠沉默下去,最終我們會找到地外文明,真正能夠回答我們是否在宇宙中孤存。” 張同杰總結道。
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北京師范大學物理與天文學院教授張同杰
以下為張同杰演講全文:
地外文明搜尋算是我的“副業”,但我現在投入了很大的精力在這上面,在此向大家做一個關于地外文明搜尋60年回顧與進展的報告。
今天的報告試圖回答一個問題:我們在宇宙中是否孤獨?(Are we alone in the Universe?)這個問題今天或許無法給出確切答案,甚至在未來很多年也難以定論,但我們依然在不斷探索。
首先談談地外生命的概述。我們的宇宙有138億年的歷史,地球約45.5億年,而人類文明史大約只有5500年。
那么,生命到底是什么?著名物理學家薛定諤在1944年出版的《生命是什么》一書中,試圖從量子力學和熱力學角度詮釋生命的本質。他的核心思想是“生命以負熵為主”,遺傳物質是非周期性晶體,突變源于量子躍遷,而復制、繁衍、思考和意識則是生命的重要特征。
1990年2月14日,“旅行者1號”在距離地球60億公里處回望,拍攝下了那個“暗淡藍點”。在這個藍點上,我們每一個人,每一個你認識或聽說過的歷史人物,都在這里度過了自己的一生。面對這個藍點,我們不禁要問:在地球之外,是否存在其他生命體?
我用現代天體物理學知識告訴大家,很多科學家都相信地外生命是存在的,主要有三個依據:
科學依據之一是德雷克公式,這個公式描述的是從統計上揭示了銀河系中能夠與外界交流的文明數量,通過這個公式,我們有人做過統計,銀河系里面的文明數量應該是不少的,我們現在已經觀測到的系外星系有6000多個,這是非常振奮人心的支持。
科學依據之二就是哥白尼原理,我們認識回顧宇宙的歷程,從地心說到日心說,再說銀河系說,一直都想聲稱地球是獨一無二的,我們發現每一步都是錯的,我們在宇宙中的地位沒有什么特別之處,我們生命也是這樣的,在宇宙別處肯定有地外生命。
科學依據之三是:系外行星發現,我們知道1995年10月,瑞士日內瓦大學米歇爾·梅耶公布發現了第一個太陽系外的行星。對于地外生命存在的觀點,不同科學家有不同的認識,有些大的科學家,確實不太相信,例如皮伯斯就不相信。
關于地外生命的級別及其發現進程,我們在小行星“龍宮”上首次確認了氨基酸的存在;而在高級生命層面,卡爾達肖夫指數將其分為三類:能掌控行星能源、恒星系統能源乃至星系能源的文明。
目前的搜尋工作主要分為兩類:一是針對高級生命(ET)的技術印記搜尋(SETI),利用光學或射電手段被動觀測,或者主動發送信息(METI);二是針對低等及高等生命的生物標志物搜尋,例如二甲硫醚等。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)已經在系外行星大氣中發現了一些低級生命的潛在標志物,火星上也發現了遠古生命的線索,至于二甲硫醚等一級生物標志物,仍有待進一步觀測。
接下來簡單說說SETI(搜尋地外文明),關于地外生命搜尋,分為兩類,一個是高級生命搜尋,我們稱之為ET,可以用光學和射線來搜集,還有技術印記,這個類似于地外文明的殘骸。這種統稱為搜尋地外文明,也可以寫為搜尋痕跡。
第二大類是低+高級生命,放在一塊,都可以用生物標志物來搜尋,這個生物標志物就很多了,當然有一期二期的,最有名的是二甲硫醚,如果搜尋到它,地外生命存在的概率極大。
低級生命標志物的最新進展,一是2022年9月JWST在系外行星大氣中發現了;二是在火星上發現遠古生命;第三個是在太陽系外天體上發現了磷化氫,磷化氫算是一種二級生物標志物;第四個是二甲硫醚,屬于一級生物標志物,有待進一步觀測。
我們中國的FAST(中國天眼)科學目標之一就是搜尋地外文明。從2018、2019年開始布局,我們與國外合作者在FAST上安裝了后端處理系統。2020年,我們獲得了第一組FAST觀測數據,并篩選出兩組候選信號,正式啟動了地外文明觀測。
在過去五年中,我們連續獲得國際評審的觀測時間,評價相當不錯。他們認為這就像大海撈針,但如果成功將是突破性的。FAST的探測能力非常強大,甚至可以探測到河外星系的二級文明。
在這里我想重點解釋一下信號的等級,這也是媒體容易誤讀的地方。我們將信號分為五級,對應統計學上的五個西格瑪(σ):
第一級是Hit,即信噪比超過閾值的信號,數量非常大;
第二級是Event,指只在中心波束出現、參考波束沒有的信號,篩掉了大量干擾;
第三級是Candidate(候選信號),根據地球干擾特征進一步篩檢后剩下的信號。目前我們發現的大多停留在這個級別,當年的“WOW!”信號就屬于這一類;
第四級是經過頻率漂移、天線指向等檢驗后的信號;
第五級則是確鑿的音頻信號,極難獲得。
信號類型分為無意發射和有意發射,包括窄帶、寬帶和周期信號等。我總結一下我們八年的觀測(2019-2026):我們在太陽系內50秒差距范圍內,對至少300個系外行星目標進行了FAST觀測。通過多種方法篩選,絕大多數信號被排除為干擾,目前僅剩下一組固定信號值得深入研究。
我們還同時開展了月球背面觀測,因為在月球背面沒有地球上的干擾,只要排除了月球上其他的人工干擾之外,你看到的信號,有可能就是地外文明信號。這個我的合作者,還有國際上都公認,并且我也正在推進這個方案。
今年這個望遠鏡要放在月球,英國望遠鏡未來幾年也要上月球。SETI的科學意義不言而喻,它可能會改變我們對人類在宇宙中獨特性的認知,引發哲學、倫理等領域的廣泛討論。
正如電影《超時空接觸》中所說:“如果宇宙中只有人類,那將是對空間的極大浪費。”最早提出SETI構想的科學家也說過:“不去尋找,成功的概率就是零。”
華裔天體物理學家林潮先生曾預測,未來十幾年內我們或許就能找到地外文明。我非常贊同他的話,也想做這種“挑戰不可能”的研究。我的主業是宇宙學,我把宇宙學的思維帶入到了這項研究中。
中國的優勢依然很大,我們有全球最靈敏的FAST,有首次到達月球背面的嫦娥工程,有天河等超級計算機的算力優勢;還有我們中國SETI已經有了8年時間,8年觀測的積累,我們現在的水平應該算是世界領先。
我正在推進一個大的計劃,我們中國版的突破聆聽計劃,稱為“知音計劃”。我們不但要聆聽,還要聽懂。基于FAST,結合光學觀測和未來的月球背面探測,我們充滿信心。雖然困難很大,但我相信宇宙不會永遠沉默下去,最終我們會找到地外文明,真正能夠回答我們是否在宇宙中孤存。
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