文/张唯诚

1 9 7 4年发往太空的信息构成的图案。

1974年11月16日，天文学家用位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜向外太空发射了一串强大的脉冲信号，这些脉冲信号共有1679个，对准银河系边缘的一个名为M13的球状星团。为什么是1679个呢？

1679是不寻常的。它是23和73这两个质数的乘积，这个数字不太可能在自然界中随便出现。科学家推测，假若外星人接收到这些脉冲信号，他们有可能意识到这些信号是有意发出的，从而可能将其展开并解读其中隐藏的信息，包括DNA、太阳系和人类的基本情况。

听起来寻找外星人像是科幻小说中的情节，但对许多科学家来说，它是非常严肃的工作。一些科学家致力寻找宇宙中除我们之外的其他生物，他们中有的研究人类在其他星球上找到生命的可能性，有的寻求最佳的向外星人发送信息的方法，还有的试图找到一种与外星人沟通的语言——共同点是他们使用的工具都有数学。

位于美国加利福尼亚州旧金山的METI国际公司（METI International）的总裁道格拉斯·凡柯（Douglas Vakoch）花很多时间思考如何与外星人“交谈”，并和他的团队专注于向外太空发送信号以与宇宙中的其他文明取得联系。具体地说，他们打算使用强烈的辐射，例如激光或者强大的射电波。但最大的问题是：怎样才能和外星人有效沟通呢？对于这个问题，凡柯及其团队已经找到了答案，那就是和外星人玩“数学游戏”。他说：“我们不认为外星人会说英语或者德语，所以我们期望的通用语言是数学。”

用数字与外星文明谋求沟通

得出这个结论的理由很简单。科学家认为，任何一个先进的、掌握了信号技术的文明世界都应该知道如何处理数字，所以，用数学谋求和外星人的沟通不是一个新想法。早在19世纪20年代，当天文学家还认为月球上可能有“小绿人”的时候，他们就提出了用几何形状与小绿人进行交流的想法。一位科学家建议在西伯利亚用树木或者镜子拼成一个巨大的三角形，另一位建议挖一个圆形的大壕沟，用煤油填满它，然后在晚上点燃，这样“小绿人”就可以看到一个人造的图形了。对这些科学家来说，蕴含了数学原理的几何图形不仅能向外星人展示我们所在的位置，同时也表明我们是很聪明的物种。

凡柯的计划与1974年人们用阿雷西博射电望远镜所做的尝试很相似。当时，科学家使用的是二进制系统，两个信号的频率略有不同。通过一系列信号，科学家创造了一种编码，使用这种编码，阿雷西博射电望远镜发送了一些密集的信息，其中也包括图形。

但凡柯的方法一开始更简单，仅仅计数就行了。他向外星人发出的第一个信息是同样频率的7个信号，类似“乒乒乒乒乒乒乒”；接下来又发7个，但这次使用了两个频率，类似“乒乓乓乓乓乓乒”。他把这种序列重复了4次后，再发单频率的7个信号作为结尾。如果你将这些信息变成图形在纸上画出来，会发现是一个“盒子”。凡柯相信，假若外星人能够解码他的信息，他们也能看到这个结果。

凡柯和他的研究团队使用三种频率编制的代码向宇宙传输信息

接下来，凡柯在代码中添加第三种频率。随着第三种频率出现在“盒子”中的不同位置，凡柯得到了25个数。使用二进制系统， 即将0和1结合起来使用，他可以将数码增添至数百万。二进制系统在地球上已被频繁地使用，每台计算机都使用二进制对数据进行编码。

一旦有了代码，凡柯就可以用它发送信息。例如，他可以尝试传递元素周期表，根据原子序数列出化学物质，这将向外星人展示我们了解宇宙是由什么组成的；他也可以发送“斐波那契数列”（Fibonacci sequence），这是一系列增加的数，每一个都是前两个数的和。在自然界和人类的艺术品中，显示这种数列的图案经常可以看到。在这里，数学变成了非常重要的交流工具，它是科学家用以探索外星文明的桥梁。凡柯说：“我想了解他们的文化，他们的社会，他们的价值体系，还有他们眼中的美。”

用数学为信号“导航”

但用数学和外星人交流并不仅仅局限于发送信息上。通常人们会认为，假若你想和外星人“说话”，你只需把你的发射器指向你选定的目标，而那通常是离你很近的某个恒星系统，对吧。

然而，美国加州大学圣塔芭芭拉分校的物理学家菲利普·卢宾会告诉你，这样的想法是不正确的。卢宾研究“定向能系统”（directed-energy systems），这种系统发射强大的激光，可以帮助人们将无线电信号指向恒星。当无线电信号在太空中散开时，激光却聚集着指向目标，这意味着准确地瞄准目标是非常重要的。在操作中，哪怕只错开一点点距离，也会和目标失之交臂。

在宇宙中，用激光击中星星非常不易，因为当你看到天空中的一颗星星时，它的光已经在太空中旅行了很多年，也许是几千年甚至更长。而且，在光旅行的过程中，那颗星也在不断旅行，所以要想把你的信息投射到准确的地方，你必须知道当信号抵达的时候，那颗星究竟在哪里。

这当然就需要计算。你要通过计算知道那颗恒星现在的位置，你还要通过计算知道当你的信息到达时，它又在什么位置。不要忘了，当你发射的激光穿越太空飞向那颗恒星时，那颗星依然在运动。卢宾说：“这就像你拿一只手电筒尝试向一艘正在飞行的宇宙飞船发送信号。如果你想把你的手电筒发出的光照向它，你就必须知道它在如何飞行。”

有科学家认为，当我们的太阳和其他类似的恒星消失后，生命还将在低质量的恒星周围继续存在。

天文学家运用数学计算运动，推测太空中的物体如何改变它们的位置。为了做到这一点，他们要计算物体相对于地球的角度，还要计算它们的移动速度和方向。许多天体是如此遥远，它们呈现的角度要用角秒甚至更小的毫角秒来测量，这为计算增加了难度，也使计算变得更加不可或缺了。

用数学揭秘宇宙文明存在的可能性

然而，在有些科学家看来，现在就试图与外星人交流是一种操之过急的行为。这些科学家认为，现在人们要搞清楚的问题首先应该是我们在宇宙中是否真是唯一的？生命存在于其他地方的可能性究竟有多大？但要搞清楚这些问题，科学家也需要依赖数学。

早在50多年前，天文学家弗兰克·德雷克（Frank Drake）就设计了一个方程式，用来估算外星文明的数量。人们认为，这些文明可能有能力向地球发送信号，这种信号还可能被我们接收到。为了得到一个数字，德雷克添加了很多因素，包括恒星形成的速率、数量以及在此基础上推算出的智慧行星的数量等，于是著名的“德雷克方程式”产生了。这个方程式虽然深受欢迎，但有一个问题令人不安，那就是它的所有变量几乎都是未知的。美国哈佛大学的物理学家阿维·勒布（Avi Loeb）说：“德雷克方程并不能帮助我们预测未来，因为它概括的信息并不都是我们清楚的。”

于是勒布决定从另一个角度展开对外星生命的探索。这一次，他不再追问宇宙中存在多少生命，而是研究在宇宙的漫长历史中，生命最有可能得以发展的时期存在于哪个阶段。为此，勒布也拿出了自己的方程式，这个方程式以人们对不同类型恒星的观测为依据，关注恒星形成的速率和存活的时间。当勒布分析了那些观测数据后，他得出了一个令人惊讶的结论：在宇宙发展的尺度上，生命充斥于其中的时间可能远远早于我们。

现在人们一般认为，生命最有可能出现在和我们的恒星系统相类似的地方。毕竟我们已经知道，我们的太阳系支持了生命系统的诞生。因此，如果生命还存在于宇宙中的其他地方，那么类似太阳的恒星就应该是我们最关注的目标，这种恒星通常可以燃烧60亿年，有些寿命更长。

人们还发现，一些非常小的恒星寿命极长，它们的周围也可能存在行星，而生命出现在这些行星上也是很有可能的。勒布说，假若真是这样，那么我们便可以得知，地球上的人类并不是“成熟”的生命，因为像太阳这样的恒星很快就会燃烧殆尽，而当我们的太阳和与它类似的恒星消失后，剩下的生命还将在低质量恒星的周围继续存在。

与德雷克的公式不同的是，勒布的公式只有一个未知的变量，那就是低质量恒星是否真能支持生命的存在。勒布希望科学家能在未来几十年里对这个问题进行更多的研究。他说：“一旦获得了答案，那么它就可以放进我的方程式中了。”