關於外星文明,我們有太多的話要講,因為我們對它們一無所知,然而靠著我們無邊的想象力,外星文明的模樣始終在我們的腦海中徜徉。到目前為止,最能讓我們接近外星文明的方法就是無線電資訊了,有時候也叫無線電脈衝,但是到目前為止,人類沒有接受到一條真正的關於外星文明的資訊,這是為什麼?
有時候真的很困惑,茫茫宇宙,數十億個星系,我們必然不孤單,但是我們卻沒有接收到來自外星先進文明的無線電資訊,是我們不夠“文明”嗎?技術過於落後?還是外星人不屑於和我們交流?
說起無線電,普通人首先想到的是收音機,對於科學家來說,卻是一種無線電波,就像光波一樣,只是另一種形式的電磁輻射,有各種各樣的自然來源產生它們。射電望遠鏡可以聚焦於太空中的微小區域,可以消除來自其他地方的射電噪聲。這些儀器非常靈敏。卡爾·薩根在他的原始系列《宇宙》中指出,世界上所有的射電望遠鏡收集到的所有無線電波的能量還不到一片雪花落在地面上的能量。
想象一下你正在收聽一個特定的空間區域,你會聽到你所關注的區域內的一切,包括自然資源。然而與我們的太陽相比,最強大的無線電臺也小得離譜。無線電之所以能工作,是因為這些電臺相對較近,而太陽距離地球數億公里。但即使在一個完全安靜的宇宙中,反方定律也適用。任何訊號最終都會變得非常微弱,到它到達地球的時候,訊號幾乎已經消失殆盡。然後是頻率的問題。如果你知道那裡有一個無線電源,你可以試著剔除自然源,特別是如果你知道聽哪個頻率就更好。然而無線電的光譜比可見光寬得多,所以要剔除自然源的工程非常巨大。
當然,所有這一切都假定,能夠使用無線電的文明已經存在了幾百年或幾千年。地球上的廣播只有大約100年的歷史。只有100光年以內的文明才能聽到他們的聲音(前提是如果他們有這種能力的話),不過和銀河系相比並不是很遠,我們銀河系的中心離我們大約4萬光年遠。
關於我們無法接收到外星文明的原因,我認為不管他們無線電裝置的靈敏度有多高,他們都不可能知道我們能接收到無線電訊號,因為我們只有100-150年的時間。假設最近的文明距離我們1000光年,當他們意識到我們有了無線電,寫好資訊,傳送回來(在一個小時或任何時間),然後它到達我們那裡的時候,大約是公元4000年。
此外,如果你想透過星際或星系間空間傳送無線電資訊,第一步是確定一個外星無線電訊號所需的最小功率,這樣才能估計一個智慧的外星物種所處的最近距離。其中一種方法是觀察我們所接收到的最低限度的無線電訊號,就是宇宙微波背景輻射(CMB)。它的能量是透過能量譜來計算的。
因此,一個地外無線電訊號要從宇宙微波背景輻射中發射出來,它需要高於一定的功率。不過事實並非如此,探測到比CMB低得多的訊號是可能的。但為了做到這一點,必須訓練一個人工智慧演算法,在一段時間內觀察組合訊號,以剔除CMB訊號,因為只有當你知道你想要的是什麼時才能實現這一點。
不僅如此,可以探測到的理論上最大波長是多少並不重要,重要的是外星人相信我們能夠探測到的波長。一旦知道了功率和波長,我們可以使用平方反比方程來估計向所有方向發射這樣的訊號所需的功率,將能量需求與星際距離(以光年為單位)進行對比,有科學家曾計算出
在100光年(最近的恆星間行星距離)內的能量需求是2013年人類產生的總能量地10^{30}倍!由此可見,一個有智慧的外來物種向四面八方傳送無線電訊號,獲得交流的可能是多麼不切實際。
然而,有一種方法可以解決這個問題:鐳射。鐳射是一種很好的方法來解決無線電發射器的功率需求,因為無線電發射器會在各個地方耗散訊號。但要讓鐳射起作用,外星物種需要知道目標在哪裡。如果有一個外星物種擁有足夠的技術來產生這種一次性的能量。我們可以假設這個物種也發明了鐳射,並且發明了一種方法,可以對幾十光年之外的行星進行詳細的成像。
但是,如果外星人能透過他們的望遠鏡看到我們,他們需要離我們多遠才有動力向我們傳送鐳射訊號呢?顯然,向6000萬年前的一群恐龍傳送訊號是沒有意義的,我們在1957年發射了人造衛星,並在1945年測試了第一顆原子彈。這些鐳射訊號都會被外星文明觀測到,但可以肯定的是,無論他們在上世紀四五十年代在地球上觀測到什麼,都會讓他們相信我們有能力探測到鐳射訊號。所以,如果一些智慧物種在地球(2019-1940 = 79)光年內看到了我們,他們可能會認為傳送一個鐳射訊號只是為了說聲“你好”是值得的。如果你觀察到任何奇怪的光,那可能是外星人。
但是前面這些僅僅只是我們的揣測,人類的第一次遠距離無線傳輸是在1901年。這是一個“火花隙”發射機,它沒有載波,只是在一個寬頻帶上發射。第一次語音傳輸實際上是在1900年,但只實現了十幾公里的接收。1906年我們看到了第一次AM傳輸,直到1920年才在2000公里以上的地方接收到訊號。在接下來的20年左右的時間裡,我們看到了大量的廣播電臺產生各種頻率和功率的訊號,同時也看到了電視播送的開始。
於是,電波里已經塞滿了廣播。在過去的幾十年裡,我們幾乎完全轉向了數字傳輸,對於一個不熟悉各種編碼技術的聽眾來說,這聽起來很複雜。所以,為了讓我們被離我們大約80光年遠的外星文明探測到,他們必須將其異常靈敏的寬頻天線對準我們星球80年前的位置。在那之後,我們的傳輸訊號會被混在一起,變得很混亂,接收到的訊號可能無法從背景靜電中分辨出來。任何數字訊號,甚至更甚。
所以,換句話說,你認為我們能從外星文明中找到一個離散的訊號的機會有多大呢?如果有任何“智慧”訊號來到我們的星球,我們也無法將它們與背景靜電區分開來。然而這些訊號並沒有來到地球,我們連分辨的機會都沒有。或許在未來的某一天,或者是明天,或者是500年後的一天,或者是永遠,我們會突然接收到一個“你好”的資訊吧!