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迷之操作欲盖弥彰
快2024年了，和外星人聊天需要几步？2023-12-10 23:03·中科院物理所如果你点进来只是想看外星人，我建议你现在可以划走了。到目前为止，我们还不能下结论说地外生命存在与否，能够交流的地外生命就更不用说了。不过如果哪天我们真的遇上外星人，免不了的一件事情就是相互交流。和外星人聊天可能没有大家想象中那么难，实际上，这跟把大象放进冰箱一样简单。众所周知，把大象放进冰箱只需三步寻找外星人想和外星人聊天，首先当然是要找到外星人。虽然我们一直没找到，但千万不要因此觉得找外星人这件事情本身有多困难。想一想如果你要在现实当中找一个人，你可以想到几种方式呢？其实不外乎以下三类：●找到这个人的住所/工作单位，直接登门拜访●找到这个人的电话号码/电子邮箱/社交账号，在线上取得联系●发布寻人启事这三类寻人方式正好可以类比到我们目前寻找地外生命的三种方式。第一种寻找地外生命的方法，其实就是发射探测器直接到某一天体，或环绕或登陆，自太空时代以来人类已经干过无数次了。以人类目前的技术水平，这种「登门拜访」的方式暂时只能在太阳系内开展，而且往往不是专门为寻找地外生命设计的，更多地是为近距离研究天体本身的物理、化学、地质等性质。当然，换个角度来说，搞清楚了这些性质，也多少能够了解这个天体是否适宜生命乃至智慧生命存活。祝融号着巡合影丨国家航天局目前进入了星际空间的先驱者号与旅行者号也算是准备「登门拜访」外星人，只不过我们压根不知道是登哪个门，要拜访谁，两者更像是宇宙「漂流瓶」。旅行者一号丨Wikipedia第二种地外文明寻找方式是目前的主流，有点类似在线上与他人联系。两者不同之处是我们实际上没有和任何地外生命取得联系，我们目前能做的是时刻监测天空中是否出现了可疑的非自然信号[1]，或者观测已知的系外行星上是否存在一些生命特有的化学或物理特征。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计划发展而来。历史上的SETI计划有奥兹玛计划[3]、凤凰计划[4]等。目前SETI研究所负责运行专用于搜寻地外生命的艾伦望远镜阵列（ATA），以及一项在可见光波段寻找地外生命信号的激光SETI计划（Optical/LaserSETI）。艾伦望远镜阵列︱SETI Institute世界范围内类似的计划还有俄国富豪米尔纳发起的突破聆听、突破观察计划[5]。寻找地外生命时，还有一种方式是向特定天区发送信号[6]，最著名的例子有阿雷西博信息，这类似于我们日常所见的寻人启事。由于发送信息的同时也暴露了地球的位置，部分学者并不赞同这种主动热情的搜寻方法。另外相比前两类寻找方式，主动发送信号的做法只适用于寻找有能力接收信号并做出回复的地外智慧生命，也就是一般意义上的「外星人」。1974年朝武仙座球状星团发送的阿雷西博信息给外星人发消息以上归纳的三种地外文明寻找方式，实际上也代表了人类与地外文明交流的两种办法：一种类似与古代飞鸽传书，快马送信，例子如先驱者金铭牌、旅行者金唱片[7]；另一种则像是19世纪中叶~20世纪初流行一时的电报，如阿雷西博信息、宇宙的呼唤[8]等。这两种方式实际上只是将适用于地球尺度的通信方式的照搬到了星际尺度。在星际尺度下，第一种「飞鸽传书」式通信显然聊胜于无，发射了数十年的先驱者号和旅行者号如今还在太阳的引力范围内；而「电报」式通信最明显的问题就是不可忍受的延迟，一次对话就需要短则数十年，长则数百年的时间。武仙座球状星团距离地球超过2万光年，即便这里真的有外星人，我们收到阿雷西博消息的回复也要等到4万年以后丨Wikipedia另外过去所有以电磁波形式发射的SETI信息都较为简短[9]，地外文明需要具备全天候全方位全波段监测宇宙信号的能力才能保证不错过我们发送的信息。这种监测能力的基础其实正是目前天文学新兴热门方向之一——时域天文，其主要观测方法[10]除了可以帮助天文学家更好地研究一些转瞬即逝的天体物理过程，也能用于寻找可能的地外文明信号。最近启用的墨子巡天望远镜，理论上可在三天时间内完成整个北天球巡天︱wfst.ustc.edu.cn在时域天文学领域，人类还有很大的提升空间。以目前的监测水平，如果有地外文明向地球发送了他们的「阿雷西博信息」，我们大概率是会错过的。换个角度来看，我们现在讨论过去发送的SETI信息是否暴露了地球坐标多少有点杞人忧天。就那些信息微不足道的体量，地外文明但凡走个神就发现不了。考虑到星际通信的时空限制，应该尝试把寻找和交流统一起来，即发送的消息要肩负寻找和交流两种功能。科幻电影《超时空接触》提供了一条思路，电影中地外文明发来的信息中首先包含了一条人类过去向宇宙广播的内容（1936年柏林奥运会开幕式），一同发送的还有一份超过6万页的设计图纸。地外文明传送的设计图纸︱《超时空接触》如果我们想找到一个有能力交流，且交流方式[11]与人类相近的地外文明，可以采用与《超时空接触》中地外文明类似的做法，以电磁波的形式传送大量人类文明信息。SETI专家赛思·肖斯塔克（Seth Shostak）就提出[12]我们可以传送「大数据」，比如互联网内容，包括文本、图片、视频、音频等，让地外文明意识到我们存在的同时全面了解我们的社会特征，甚至在解读信息期间产生的一些疑问可以直接通过信息本身找到答案，这便是结合了寻找与交流的通信形式。肖斯塔克还简单估算了发送信息所需的时间，如果是射电波段需时数个月；如果使用高功率激光，可以在几天之内发送完毕。赛思·肖斯塔克（Seth Shostak）丨Wikipedia当然，怎么交流是一个问题，交流些什么是另一个问题。在发送「大数据」之前，我们大概还需要认真思考包括但不限于：应该发送具体哪些内容，谁有资格来做这个决定？地球文化与外星文化必然存在巨大差异，我们地球人觉得合适的内容是否会引起外星人的反感乃至愤怒？等等。收到外星人回复如果我们完成了前两步，甚至成功收到了来自外星的回复，这时候我们先别急着高兴，因为接下来才是真正的考验：我们需要知道外星人说了些什么，这意味着我们要解读一种过去从未接触过的外星语言。这个问题看似无从下手，其实在地球上我们经历过类似的情况。我们已经注意到某些动物的交流方式可能就是我们「从未接触过」的语言；而对古埃及象形文字（圣书体）的研究历程也无异于破译一种「外星文字」。先说说古埃及圣书体的故事。目前认为圣书体发源于5200年前（即公元前32世纪）的青铜时代早期，在中王国时期（公元前21世纪～前18世纪）形成了成熟的书写文字体系。在公元5世纪后，圣书体由于缺乏使用场景被逐渐遗忘。古埃及圣书体︱Wikipedia从公元5世纪到18世纪间，有数次对圣书体的破译尝试，但都未取得实质性突破。直到19世纪初，在英国学者托马斯·杨（Thomas Young）和法国语言学奇才商博良（Jean-Fran?ois Champollion）的联手努力下，圣书体的本意才得以重见天日。托马斯·杨（Thomas Young）︱Wikipedia商博良（Jean-Fran?ois Champollion）︱Wikipedia回顾这次成功的古文字破译过程，除了杨和商博良两人的天才，还有一个至关重要物件，那就是1799年在埃及出土的一块石碑，因在港口城镇罗塞塔的郊外被发现，也称「罗塞塔石碑」。罗塞塔石碑，现藏于大英博物馆︱Wikipedia@Hans Hillewaert罗塞塔石碑上刻录了古埃及法老托勒密五世颁布的一则政令，主要叙述了托勒密五世自父亲托勒密四世处袭得的王位之正统性，与托勒密五世所做的许多善行，例如减税、在神庙中竖立雕像等对神庙与祭司们大力支持的举动。让罗塞塔石碑在破译圣书体过程中发挥关键作用的，并不是政令内容，而是其刻录方式：石碑上有三种文字，记录了同一份政令内容，三种文字自上而下依次是圣书体、世俗体和古希腊文。石碑上独特的三语对照文本意味着学者们终于找到了一把破译圣书体的「钥匙」。1822年，商博良致信时任法兰西文学院秘书邦-约瑟夫·达西耶（Bon-Joseph Dacier），宣布自己完全破译了罗塞塔石碑上的象形文字。某个版本的石碑复原图︱Wikipedia@A. Parrot如果要翻译外星语言，一段「罗塞塔石碑」式的双语对照文本将会必不可少。问题是两个文明从未接触过，双语对照又从何谈起？我们需要寻找一些地球文明与地外文明可能会共享的信息。目前科学界普遍认可数学是宇宙通行的「语言」，很多科幻作品中都会描述星际文明与地球的最初沟通内容是数学；宇宙中普遍存在的物理实在也可以作为一种翻译「中介」，例如氢元素或电磁波的一些性质。学好数理化，走遍宇宙都不怕︱电影《超时空接触》我们过去设计的一些SETI信息会在一开始加入这类「罗塞塔石碑」式信息，例如先驱者金铭牌上和旅行者金唱片的封面都给出了中性氢原子超精细跃迁图像，用以定义整个信息中长度与时间的基本单位。中性氢原子超精细跃迁现象对应的长度和时间分别是21.106厘米与0.704纳秒︱NASA接收外星信息时使用到的仪器所依赖的科学技术也会是重要的突破口。比如我们通过射电望远镜收到了地外文明发出的信号，某种程度上就说明地外文明拥有与我们相当的无线电通信技术。古文字终究还是人类自己创造的产物，而对动物通信模式的研究可能更接近于研究一种人类从来都没有了解过的「语言」。多伊尔（Laurance R. Doyle）等学者2011年在《宇航学报》（Acta Astronautica）上发表了一篇名为《信息论，动物通信与地外智慧生命搜寻》[13]（Information theory, animal communication, and the search for extraterrestrial intelligence）的文章。几位作者认为，不管是什么物种，要传递智识（如复杂的知识），就必须遵守信息理论的某些规则。他们从信息论的角度分别考察了人类文字与宽吻海豚、座头鲸以及树栖松鼠猴等一些动物的通信系统，具体来说就是研究他们是否符合齐普夫定律（Zipf's Law）[14]。论文摘要︱参考文献[13]所谓齐普夫定律，简单理解就是在一段文本中某个高频词的出现次数反比于该高频词出现次数的排序。在一段符合齐普夫定律的文本中，第二高频词的出现次数是最高频词的一半，第三高的又是最高的三分之一......出现频次排名第十的词汇，其出现次数会是最高频词的十分之一。齐普夫定律最初是在人类语言文本中发现的，但几位学者注意到宽吻海豚与座头鲸的声音交流系统竟然也符合人类世界的齐普夫定律。如果一套信号系统符合齐普夫定律，该系统的齐普夫斜率应落在-1附近︱参考文献[13]不仅如此，人类语言文本遵循的高阶信息熵结构(high-order information-entropic structure)特征也在宽吻海豚的声音交流体系中出现了。在人类语言中，随着信息熵的阶数（词语/字母数量）增加，总信息熵在逐步降低︱参考文献[13]严格来说齐普夫定律和高阶信息熵结构都只是语言的必要不充分条件，宽吻海豚的交流系统在这两个指标上与人类语言接近，不代表海豚就一定拥有像人类一样的语言系统。不过这种定量研究非人类通信系统复杂性的过程为我们探测地外生命提供了全新思路，比如可以在未来的地外生命搜寻项目中加入基于信息论方法的仪器或算法。参考&拓展：[1]历史上有一些未知物理过程的信号被当成是非自然信号，远的有脉冲星，近的有快速射电暴（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]这里指两者在形式上类似「飞鸽传书」，这几艘探测器因为没有明确的目的地，本质上只能算宇宙「漂流瓶」[8]https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_Call[9]阿雷西博信息的持续时间还不到3分钟，2003年「宇宙的呼唤」科学信息总时长接近1小时，个人信息总传输时间约11小时[10]如大视场巡天[11]主要通过电磁波[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转载内容仅代表作者观点不代表中科院物理所立场如需转载请联系原公众号原标题：四千字教程︱快2024年了，和外星人聊天需要几步？来源：逐星科技编辑：Meyare因此，当咖啡茶饮品牌纷纷投资建厂，逐渐完成了自己在产能方面的布局之后，它们开始将精力投入到更大规模的数字化改造上。