2700多年前西周末年,塞外边疆用烽火台传递敌军来袭信号,这是我国最早远程通讯系统,烽火台间距短,信息传递依赖人力。
两千多年后的21世纪,互联网让地球两端的人能瞬间联系。若想联系数亿甚至数万亿光年外的地外文明,该用什么方式?
因为没和外星人一对一联系过,所以只能向宇宙广播信号,且默认对方能读懂,信号传输除量子纠缠外离不开载体,人类首先想到用实体物质联系地外文明。
1972年3月2日,先驱者10号无人航天器出发研究木星和小行星带,还承担与地外文明联系任务,其携带刻有基本几何图形、人类画像和地球坐标的镀金铝板。
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它以每年2.6个天文单位的速度远离太阳系,预计200万年后到达金牛座毕宿五,但靠这种方式找地外文明几率极低,后来发射的旅行者1号和2号探测器,在我们有生之年也难有结果。
除航天器外,较靠谱的信息载体是电磁波。1974年人类用阿雷西博射电望远镜向球状星团M13定向发射著名的阿雷西博消息,因定向传播能增大传输距离。
阿雷西博消息由1-10阿拉伯数字、构成DNA元素的原子序数等七部分组成,编成1697个二进制数字,以2380M赫兹频率、450千瓦功率传输。
用电磁波向M13星团传输信息至少需25000年,且定向传播受距离和方向限制。人类现存最大功率的射电望远镜天眼满负荷运行仅3000千瓦,因电磁波传播能量随距离衰减,星际物质会散射、吸收电磁波,宇宙背景辐射还会干扰信号,所以以目前科技,用电磁波向全宇宙广播信息难以实现。
那未来是否有办法?科幻作品有相关设想,如刘慈欣《三体》中的四种假说:
太阳放大镜:小说里信号通过太阳对流层到达辐射层能量镜面会被放大发射。有论文提及引力透镜效应,在距太阳9001千米处装一米口径望远镜,能借其接收半人马座阿尔法星探测器1瓦小信号,让小望远镜有公里级口径效果。引力透镜效应是有质量物体弯曲空间形成透镜,可聚焦增强信号。
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但用于宇宙广播不行,信号强度依赖大质量天体,接收范围受限,且论文中的引力透镜和小说能量镜面反射不同,太阳辐射强,人类信号易被掩盖。
中微子通讯:中微子由泡利提出,1956年被确认,几乎无处不在且不与物质作用,来源广泛,日常大量穿过人体却无感觉。
因其穿透性强,从地球北极到南极损耗仅1/1000,调制数量可传输信号。但检测中微子难,且只能点对点通信,不适用于宇宙广播。
超模广播:源于宇宙超模理论,认为宇宙像附着在膨胀泡泡上,通过泡泡传输信号,目前只是设想,无法论证,暂不赘述。
引力波通信:根据广义相对论,有质量物体使周围空间扭曲,质量大扭曲大,两个大质量物体相互运动,其扭曲空间产生波动,形成向外的引力波。
2015年9月14日,激光干涉仪引力波天文台首次直接探测到双黑洞合并产生的引力波,完善了广义相对论,也为接收引力波信号提供原理基础。我国在西藏阿里建设引力波观测点,但并非用于通信。
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引力波的发现为观测宇宙提供新视角,然而人类目前能探测却难以发射出功率强大的引力波。有质量物体相互运动虽能产生引力波,但极其微弱,如地日系统产生的引力波功率仅约40瓦。
LIGO观测到的13亿年前双黑洞碰撞产生的引力波,引发的时空扭曲量极小。发射强功率引力波需控制数个黑洞按规律震动来组合信息,但以人类现有科技几乎无法实现,《三体》中三体文明也做不到。
刘慈欣设想用中子简并态物质构造弦制作引力波天线,其超密度弦体积小却能量大,可成为强信号发射器,不过按人类当前科技发展速度,实现这一构想可能需几百年甚至几千年,人类文明能否存续存疑。
此前,霍金警示不要联系外星人,发射阿雷西博消息后马丁・赖尔也警告揭示人类存在和位置很危险,《三体》的黑暗森林理论同样表明宇宙危险。
受这些观点影响,人类对地外文明的探寻已从主动转为被动。在我看来,人类与其担忧被外星人消灭,不如先解决自身问题。
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