硅,这一神奇的元素,在我们的生活中扮演着多样而关键的角色。
它是太阳能电池板的核心材料,为我们捕捉太阳的能量;同时也是计算机芯片的基础,如同计算机的心脏,驱动着数字世界的运转。
不仅如此,从日常使用的洗发水到工业用的硅橡胶,硅元素无处不在。这不禁让我们展开想象的翅膀:在遥远的宇宙深处,是否存在一个完全由硅元素搭建骨架的世界,甚至诞生出基于硅元素的生命呢?
在我们所熟知的地球上,生命以碳元素为基础构建。从宏观的动物、植物、菌类,到微观层面肉眼不可见的细菌和病毒,它们的组成物质,如氨基酸、糖类、脂肪和核酸,尽管形态和功能千差万别,但都有着共同的碳链骨架,因此我们称地球上的生命为碳基生命。
在元素周期表中,碳与硅同处一个主族,这使得它们在化学性质上有诸多相似之处。碳能与氢形成甲烷,硅也能和氢生成硅烷;碳酸盐和硅酸盐的结构与性质颇为类似;碳可自身连接形成长碳链,而硅能与氧结合,构建出更为灵活、柔软的硅氧链。
基于这些特性,人们不禁猜想,是否可能存在这样一种生物,其身体各部分由以硅氧链为骨架的化学物质构成?这种假想中的生物,被赋予了 “硅基生命” 的名字。
那么,我们常见的硅藻是不是硅基生物呢?答案是否定的。硅藻虽有二氧化硅构成的外壳,但其内部核心物质依然是由 DNA 和蛋白质组成,本质上还是碳基生命的范畴。
关于硅基生命的探讨,历史颇为悠久。
早在 1891 年,波茨坦大学的天体物理学家儒略・申纳尔就率先对以硅为基础的生命存在的可能性展开研究,成为提及硅基生命的第一人。随后,1893 年英国化学家詹姆士・雷诺兹在英国科学促进协会的演讲中指出,硅化合物具有较高的热稳定性,这一特性使得以其为基础的生命有可能在高温环境中生存。
英国遗传学家约翰・波顿・桑德森・霍尔丹更是大胆设想,在行星深处或许存在着以半融化状态硅酸盐为基础的生命,这类生命依靠铁元素的氧化作用获取能量。
科幻领域一直是探索未知生命形式的前沿阵地。斯坦利・维斯鲍姆在《火星奥德赛》中描绘了一种奇特的硅基生命:这种生命体寿命长达一百万岁,每隔十分钟便会沉淀下一块二氧化硅砖石。与碳基生命吸入氧气、呼出二氧化碳不同,硅基生命排出的是二氧化硅。而且,它们的寿命极长,但反应速度却异常缓慢,甚至比树懒还要迟缓许多。
科幻与科普界的巨匠阿西莫夫,在《并非我们所认识的 —— 论生命的化学性质》一文中,大胆提出宇宙中可能存在的六种生物形态:
以氟化硅酮为介质的氟化硅酮生物;
以硫为介质的碳氟化合物生物;
以液态水为介质的核酸 / 蛋白质(以氧为基础的)生物;
以液氨为介质的核酸 / 蛋白质(以氮为基础的)生物;
以液态甲烷为介质的类脂化合物生物;
以液氢为介质的类脂化合物生物。
在这其中,我们熟悉的碳基生命仅占其一。
值得注意的是,阿西莫夫将硅基生命(以氟化硅酮为介质)列为首位,主要基于以下三点原因:
其一,硅元素在宇宙中含量相对丰富,尤其在类地行星上,硅元素与碳元素的质量比高达 925:1。在行星形成过程中,碳元素多以甲烷形式散逸,而硅元素则与氧紧密结合。
其二,硅元素能够通过硅氧链形成多样、稳定且不活泼的有机硅化合物。在广袤无垠的宇宙中,只要存在可能性,便有可能在某个角落成为现实。
其三,阿西莫夫特别强调,硅基生命与氟元素结合更有可能诞生生命。因为含氟的硅化合物可以呈液态,相较于熔点极高的二氧化硅和硅酸盐,这种液态特性为生命的化学反应提供了更为有利的条件。我们可以将硅氧链类比为碳链,把氟元素看作碳基生命中的氧或氢元素,如此构建出的生命形态充满了神秘与未知。
在现代科幻影视作品中,硅基生命也时常登场。例如在科幻大片《星际迷航》中,就出现了名为 Horta 的硅基生命。它们有着独特的生命周期,每过 5 万年,所有的 Horta 几乎都会死去,仅留下一个个体守护那些即将孵化下一代的蛋。
我国著名科幻作家刘慈欣,在其作品中也展现了对硅基生命的独特想象。
在《山》这部作品里,主角冯帆遇到了一种外星文明,它们这样介绍自己:“我们是机械生命,肌肉和骨骼由金属构成,大脑是超高集成度的芯片,电流和磁场就是我们的血液。我们以地核中的放射性岩块为食物,依靠其提供的能量生存。我们并非由谁制造,而是自然进化的结果,从最简单的单细胞机械,在放射性作用下由岩石上偶然形成的 PN 结逐步进化而来。我们的原始祖先最早发现和利用的是电磁能,而在你们认知中的火,我们从未发现过。”
这里,芯片可看作硅基大脑,放射性岩块则是硅基食物。刘慈欣笔下的这种硅基生命最早诞生于类地行星内部,这也让我们不禁思考,在地球内部深处,是否也可能存在类似的硅基生命呢?
在刘慈欣另一部广为人知的作品《乡村教师》中,更是将想象拓展到了浩瀚宇宙,构建了一场碳基生命与硅基生命的宇宙大战。
在这场战争中,各种超乎想象的武器和作战手段纷纷登场:“蛙跳” 时空跃迁、激光蒸发海洋、引爆超新星、反物质云屏障、四维扫描、数据镜像组合、奇点炸弹等,让科幻迷们大饱眼福。由于小说以碳基帝国的最高指挥官为主角视角,对硅基帝国没有直接细致的描述,但从指挥官的内心独白中,我们也能略窥一二:“战后,银河系中最迫切需要重建的是对生命的尊重。这种尊重不仅针对碳基生命,也包括硅基生命。正是基于这种尊重,碳基联邦才没有彻底消灭硅基文明。然而,硅基帝国却缺乏对生命的这种情感。
如果说在碳硅战争之前,战争和征服对于它们仅仅是一种本能和乐趣,那么现在,这种观念已经深深根植于它们的每一个基因和每一行代码之中,成为它们生存的终极目标。由于硅基生物对信息的存储和处理能力远远高于我们,可以预见,硅基帝国在第一旋臂顶端的恢复和发展将极为迅速。因此,我们必须在碳基联邦和硅基帝国之间建立起足够宽的隔离带。”
西方科幻作品中的硅基生命往往有着较为具体的实体形象描绘,而刘慈欣则秉持其一贯风格,从侧面进行写意式创作,给予读者广阔的想象空间。
然而,对于硅基生命的存在,科学界也存在诸多质疑之声。有科学工作者指出,二氧化硅作为硅基生命可能的排泄物,其熔点极高。这意味着,若硅基生命存在,要么它们需要在 2000 度以上的高温环境中生存,要么其生命活动将极其缓慢、迟钝。此外,地壳中硅元素含量高达 28%,远高于碳元素的 0.03%,但在地球上最终诞生的却是碳基生命,而非硅基生命。由此类推,在宇宙的其他地方,为何就一定会出现硅基生命呢?
尽管存在这些争议,但人类始终拥有幻想的权利。只要某种假设不与当前已有的科学认知相冲突,尚未被科学发现证伪,就有提出和探讨的价值,这本身就是科学精神的体现。
回顾刘慈欣小说中的硅基生命,它们大多以超高集成度的芯片作为大脑,具备超强的信息存储和处理能力。这一设定不禁让我们联想到现实世界中的科技发展。
2016 年 3 月,谷歌公司开发的围棋人工智能程序 AlphaGO 战胜了人类围棋顶级选手李世石,这一事件在人工智能领域具有里程碑意义。
在此之前,许多围棋专业人士认为围棋中存在大量 “虚” 的成分,人类的感性认知在这些方面具有天然优势,人工智能难以攻克这一领域。但 AlphaGO 的胜利打破了这一认知,它作为一个程序,展现出了以硅为基材处理器的强大运算能力。一台计算机可以安装多个不同程序,以应对各种复杂问题。在解决问题的准确性上,计算往往具有无可比拟的优势。
随着科技的不断进步,我们甚至可以设想,未来计算机或许能够自主编写程序。这是否意味着它们将获得一种特殊的 “生命” 呢?
也许在不久的将来,我们会惊觉,硅基生命其实早已悄然出现在我们身边,而且是由人类自己培育出来的。这些由冰冷硅片构建的存在,在不断发展演变中,被人类赋予了更为复杂的功能和 “生命力”,进而超越它们的创造者 —— 人类。那么,它们是否会取代人类成为世界的主宰,将人类推向万劫不复的深渊呢?
我们只能期望阿西莫夫提出的机器人三定律能够成为宇宙间的真理,为人类与未来可能出现的硅基智能之间构建一道安全屏障。
其中第一定律规定:机器人不得伤害人类个体,或者目睹人类个体将遭受危险而袖手不管;第二定律为:机器人必须服从人给予它的命令,当该命令与第零定律或者第一定律冲突时例外(后来补充的第零定律为:机器人必须保护人类的整体利益不受伤害,其它三条定律都是在这一前提下才能成立)。
在科技飞速发展的今天,硅基的人工智能 AI 究竟会成为人类的挚友与得力工具,还是会成为人类的掘墓人?这一问题犹如达摩克利斯之剑,高悬在人类的未来之上,引发我们深深的思考。