重新定義生命?理論物理學家如何幫助發現外星生命

博科園-科學科普

如果人類發現了外星智慧，我們應該期待以生物大腦或人工智慧機器人的形式來發現它嗎？它可能是介於生物和技術之間的東西，或者是人類還無法理解的世界之外的東西？在美國科學家們傾向於尋找與地球上的生命有某種相似之處的生命跡象。但是，遵循這種對生命的狹隘定義可能是我們還沒有找到外星人的原因。我們真的是獨自在宇宙中，還是我們根本不知道我們在尋找什麼？一些研究人員說，如果科學家們能找到一個不那麼「以地球為中心」的生命定義，那麼找到外星人可能會有更好的運氣。換句話說，科學家需要擴大搜索範圍，以解釋外星生命可能與地球上的生命沒有任何共同之處的可能性。

地外生命可能不像我們在地球上看到的那種生物生命。圖片：Illustration: Space; Shutterstock

博科園-科學科普：生物學家和化學家很難對生命有一個更普遍的定義，因為他們所知道的一切都是基於對地球的觀察。然而理論物理學家可能有更好的方法。薩拉·沃克(Sara Walker)是亞利桑那州立大學(Arizona State University)的天體生物學家和理論物理學家在專題討論會上一群外星專家思考了地球之外生命的可能性以及生命本身本質說：當我想到尋找生命的時候，我並不是真的在尋找行星上的細胞或大氣中的分子。根據沃克的說法，搜尋地外智慧(SETI)——主要涉及天文學家、生物學家和化學家——可以從理論物理學家的見解中獲益，他們解釋了生命最基本的屬性以及生命的起源。認為生物學很難解釋生命的起源，因為它是生物學的起源，如果沒有某種基本理論，很難解釋(生物學)起源。

描述生活使用物理而不是生物或化學」似乎是一個不尋常的方式來思考它，但有一些很神奇的世界——我們的數學理論量子力學和廣義相對論和這些神奇革命對理解自然世界——我們沒有任何理論解釋生活或生命的屬性的存在，但是理論物理學家可以開發這些。在目前尋找其他星球生命的項目中，生物學家和化學家可以告訴天文學家去尋找「生物標記」，即可能暗示生命存在的化學物質，如氧氣和甲烷。但是我們所知道的唯一的生物特徵是像地球上的生物體所產生的化學物質。如果外星人沒有和地球人一樣的生物特徵呢？或者如果它們根本不產生任何生物籤名，因為它們不是生物生物呢？除了這些生物特徵，像無線電信號這樣的「技術特徵」也可以幫助我們找到有智慧的外星人。但沃克認為，理論物理學家可以發現新的信號類型。

重新定義生命

美國宇航局的天體生物學研究所目前將生命定義為「一種能夠達爾文進化的自我維持的化學系統」。但這個定義只適用於我們在地球上看到的生物生命，它排除了沃克和其他科學家認為的其他生命形式，比如人工智慧(AI)。沃克說：我們經常遇到的一個問題是假設生命是一種化學現象，我認為生命出現的規模(可能是化學物質)和生命的定義之間存在混淆，這可能與化學無關，也可能適用於人工智慧。我們認為生命是一種化學現象，細胞是生命的基本單位……但這個觀點可能太狹隘了。如果你確實有這種開闊的視野，並且真的在尋找更基本的生命過程，它真的會為你可能尋找的東西打開視野。

(從左到右)退休的美國宇航局太空人妮可·斯託特，天文學家麗莎·柯廷格，天體生物學家凱勒·斯查夫，哲學家蘇珊·施耐德和理論物理學家薩拉·沃克於2018年6月2日在紐約舉行的世界科學節上談論生命的本質和對地外智慧的探索。圖片：Greg Kessler/World Science Festival

康乃狄克大學人工智慧、心智與社會小組的哲學家蘇珊施耐德(Susan Schneider)也表示：NASA對生命的定義過於狹隘。如果人工智慧是自我維持的，有各種各樣有趣的特性，但我們擁有的實例是由智能設計創造——也就是說，我們是設計師，我們製造人工智慧系統——它不會以達爾文式的方式進化？根據美國宇航局的定義：人工智慧不能算是一種生命形式。然而，在尋找外星智慧的時候，研究人員難道不應該也願意並且能夠識別人工生命嗎？

為什麼要尋找人工智慧外星人?

長期以來，科學家和科幻作家一直認為，人類創造的人工智慧最終會比人類壽命長，而有些人甚至認為，有朝一日人工智慧機器人將能夠接管世界。沃克說：我們自己的星球可能會發展出足夠的技術，要麼與人工系統集成，要麼被人工系統取代，它們將在未來的長期發展中成為我們的後代。但這在其他星球上的可能性是多少，這是一個激烈爭論的話題。」如果這一過程是技術先進的生命的典型過程，而不僅僅是地球上發生的一種反常現象，那麼「如果我們遇到智能文明，它們更有可能是人造的。

紐約康奈爾大學的天文學家Lisa Kaltenegger在研討會上說：無論核戰爭、氣候變化還是一顆巨大的小行星導致我們的星球無法居住，或者即使我們不顧一切地生存下去，直到我們垂死的太陽膨脹併吞噬地球，並在幾十億年後將地球上的一切炸得一乾二淨，人類遲早將無法在這個星球上生存。人工智慧機器有一天會比我們有更好的生存機會，因為它們不需要呼吸氧氣、喝水或食物。只要有太陽能等可再生能源，人工智慧機器人理論上就能永遠存活下去。柯廷安還認為：理論上，人類可以通過成功地成為星際物種而永生。

沃克說，在這個有著138億年歷史的宇宙的宏偉藍圖中，人工智慧機器人可能比生物外星人更常見，前提是其他智能生命形式傾向於像人類一樣創造和使用人工智慧。地球大約有45億年的歷史。我們的祖先在6萬到10萬年前才成為一個智能物種，最近才在20世紀中期開始開發人工智慧技術。假設至少和人類一樣聰明和技術先進的外星人會開發自己的人工智慧，那麼可能會有更多的機器人人工智慧後代，而不是他們的生物發明家。由於外星文明可能比地球古老數十億年，它們可能非常先進，甚至無法想像它們的樣子。它們可能是像cyborgs這樣的人工智慧雜交物種，或者它們甚至可能完全是由一種已經不復存在的生物物種所創造的人工生命形式。

新物理學外星人搜尋

無論是在另一個星球上的「小綠人」，還是在星際宇宙飛船上的人工智慧機器人群體，任何處理周圍環境信息並利用這些信息生存和發展的系統都有可能成為一種生命形式。認為人們想區分生物和人工，它們都是信息處理系統，它們代表著同樣的物理。像沃克這樣的理論物理學家感興趣的「生命」系統中的信息涉及到「生物系統似乎是通過獲取關於它們的世界的知識或信息，然後利用這些信息來做一些非常有趣的事情，從而使它們成為非常奇怪的物理系統過程。這種方法將生命分解到生命科學可以解釋的根本層面。然而，物理學家可以嘗試用數學模型來用網絡理論來描述不同的系統。沃克在研究小組中說：當我想到尋找生命的時候，想到的是用來描述地球上生命的數學結構，應該考慮用它來尋找其他星球上的生命。

如果你看看系統化學發生在細胞或網際網路的結構或Facebook(連接)的結構,有很多的規律在這些網絡的結構化方式和大量信息構建系統。雖然像Facebook這樣的社交網絡的成員之間並沒有相互交流，但他們確實通過信息技術或某種信息交流來進行互動。這些相互作用可以用數學方法進行映射，研究人員可以通過統計數據來了解網絡中的個體作為一個整體是如何運作的。我們在細胞中表示化學的方式是分子相互作用，所以它們是網絡中的『節點』。」如果他們一起參與反應，那麼他們之間就有一條線。也可以用這種方式來代表一種(外星)氛圍。「一些人做了一些初步研究，發現從網絡的角度來看，地球的大氣層更像是細胞內部的化學物質，而不是火星或金星的大氣層。

雖然這些初步研究的發現還不能確切地證實這是「有人居住的行星的大氣的系統級性質」，這個想法「給我們提供了一個更好的窗口，讓我們在行星尺度上思考生物系統」。怎麼能把它作為一個生物標記而不僅僅依賴於參與這些網絡的特定分子，而是系統層面的組織？這就是理論物理學家的工作。利用網絡理論，理論物理學家可以拓寬尋找生命的標準，使任何有組織的和看起來不自然的系統都被認為是一種生命形式。沃克說：我真的認為城市是活著的，電腦是活著的，人工智慧是活著的，這些都是同樣的信息對世界產生影響並以不同的規模重新出現的例子，我們真的不知道這些信息在等級體系中的地位有多高。

我們知道化學被組織成獨特的細胞有機體，那些有機體被組織成多細胞有機體。然後我們有了社會系統，然後我們有了城市，有了技術文明現在全球一體化，現在我們發明了人工智慧。對於那些比人類長得多的外星文明來說，這種等級制度可能會發展到非常先進的生活方式，看起來完全不同於我們現在所能想到的任何東西。如果科學家能夠在最基本的層面上理解生命，就有更好的機會去認識最奇異的生命形式，即使不知道我們在尋找什麼。

博科園-科學科普｜文：Hanneke Weitering/Space