生命是地球上誕生的奇跡，其發(fā)生與演化一直是科學(xué)研究的重要課題。從微觀的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，到宏觀的生態(tài)系統(tǒng)，生命展現(xiàn)出了令人驚嘆的復(fù)雜性與多樣性。并且，生命的奧秘與浩瀚宇宙中的其他星球也息息相關(guān)。當(dāng)我們將目光投向遙遠(yuǎn)的系外行星，不禁思考：是什么讓一堆無(wú)機(jī)分子躍升為具有自我意識(shí)的生命體？這種從無(wú)到有的“生命躍遷”，僅僅是地球的偶然事件嗎？

要回答這一系列與生命有關(guān)的問(wèn)題，不僅要涉及到生物學(xué)領(lǐng)域，更需要天文學(xué)、物理學(xué)等多學(xué)科的交叉融合，從全新的視角去審視生命的可能形式與演化路徑。

正如理論物理學(xué)家與天體生物學(xué)家薩拉·伊馬里·沃克（Sara Imari Walker）的觀點(diǎn)，演化與選擇可以在地球的行星尺度上運(yùn)作，也許也可以在更遙遠(yuǎn)的世界中運(yùn)作。根據(jù)她的描述，行星經(jīng)歷吸積、迭代，然后是最關(guān)鍵的演化，獲取構(gòu)建物質(zhì)可能性的信息與記憶。以下是Walker與伯格魯恩研究所（Berggruen Institute）科學(xué)史學(xué)家克萊爾·伊莎貝爾·韋伯（Claire Isabel Webb）的對(duì)話。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯

Claire Isabel Webb

麻省理工學(xué)院（MIT）歷史、人類學(xué)和科學(xué)技術(shù)研究博士

2024 年起，她擔(dān)任博古睿研究所（Berggruen Institute）未來(lái)人類項(xiàng)目（Future Humans program）的負(fù)責(zé)人，該項(xiàng)目研究生命、心智和外太空。

薩拉·伊馬里·沃克

Sara Imari Walker

亞利桑那州立大學(xué)天文學(xué)家和理論物理學(xué)家

作為Berggruen研究所的研究員，致力于通過(guò)理論構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)研究，來(lái)闡明生命的起源。在她最近的著作《無(wú)人知道的生活：生活的物理學(xué)》（2024）中，她認(rèn)為研究生活的起源需要激進(jìn)的新思維。她是天體生物學(xué)社交網(wǎng)絡(luò) SAGANet 的聯(lián)合創(chuàng)始人，還擔(dān)任非營(yíng)利教育和科學(xué)組織 Blue Marble Space 的董事會(huì)成員，以及國(guó)際人工生命學(xué)會(huì)的董事會(huì)成員等。

目錄：

01 行星多樣性顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知

02 重構(gòu)生命理論探尋地外生命

03 組裝理論與生命探測(cè)新路徑

04 生命：時(shí)間尺度上的龐然大物

行星多樣性顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：2021年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）革命性地揭示了宇宙的壯麗。美國(guó)宇航局（NASA）的主要任務(wù)之一是深入研究系外行星的大氣層，那里可能藏有地外生命的證據(jù)。您希望這種觀測(cè)技術(shù)如何幫助像您這樣的天體生物學(xué)家描繪外星生命的跡象？

薩拉·伊馬里·沃克：我們能制造出洞悉宇宙數(shù)十億年過(guò)往的設(shè)備與技術(shù)——這一事實(shí)本身，在許多方面比我們從望遠(yuǎn)鏡中獲得的圖像信息要奇妙得多。人類是地球物理系統(tǒng)的一部分。盡管通過(guò)望遠(yuǎn)鏡看到的景象非凡，但更非凡的是：我們從地球的地質(zhì)化學(xué)過(guò)程中誕生，經(jīng)過(guò)約40億年的演化，現(xiàn)在能夠構(gòu)建望遠(yuǎn)鏡并解讀所見(jiàn)之物。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：我們?cè)谧匀唤缰锌吹搅思w智慧的諸多體現(xiàn)：蜜蜂通過(guò)擺尾傳遞信息；椋鳥(niǎo)群飛形成壯觀圖案；黏菌雖然沒(méi)有大腦，卻能協(xié)調(diào)化學(xué)反應(yīng)以適應(yīng)環(huán)境。

更進(jìn)一步，能夠產(chǎn)生智能的物理系統(tǒng)，其規(guī)模可以擴(kuò)展到整個(gè)地球，甚至可能延伸到地外行星。從物理學(xué)的角度去重新審視行星，乃至其上孕育的萬(wàn)千生靈，會(huì)如何顛覆我們尋找地外生命的方式？

? 椋鳥(niǎo)群體飛行。成千上萬(wàn)只椋鳥(niǎo)能夠快速響應(yīng)捕食者的威脅，通過(guò)局部信息傳遞，每只鳥(niǎo)僅與周圍少數(shù)鄰居互動(dòng)，就能迅速調(diào)整整個(gè)群體的運(yùn)動(dòng)方向和形狀，展現(xiàn)出強(qiáng)大的集體應(yīng)對(duì)能力。這種行為不僅提高了它們的生存幾率，還為研究復(fù)雜系統(tǒng)和群體智能提供了重要的自然模型。圖源：S?ren Solk?r Black Sun #102

薩拉·伊馬里·沃克：我們逐漸意識(shí)到，人類對(duì)于系外行星的認(rèn)知極為有限，即便是在可推斷的特征層面（如基本大氣組分）亦是如此。天文學(xué)家希望通過(guò)分析這些氣體的譜系特征，從而揭示行星的化學(xué)構(gòu)成，并借此判斷生命是否存在。而事實(shí)證明，行星的多樣性遠(yuǎn)比我們最初預(yù)期的要豐富得多。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：大約在四年前，天文學(xué)家描述了一種待確認(rèn)的海氫行星（Hycean planet）[1]，它表面被海洋覆蓋、擁有一個(gè)可能有利于生命孕育的稀薄氫大氣層。此外，還發(fā)現(xiàn)了亞海王星（sub-Neptune）、超級(jí)地球（Super-Earth）、迷你海王星（Mini-Neptune）和巨型地球（Mega-Earth），這些新術(shù)語(yǔ)的出現(xiàn)表明，科學(xué)家正不斷發(fā)現(xiàn)許多無(wú)法歸入太陽(yáng)系行星既有范式的天體。

薩拉·伊馬里·沃克：正是如此。我們對(duì)這些所見(jiàn)之物不存在先驗(yàn)認(rèn)知，深入研究將催生諸多關(guān)于外星環(huán)境及其可能演化出的潛在生命形態(tài)的未知課題。而如果預(yù)設(shè)了系外行星的生命形式與地球相同，就會(huì)極大地低估外星生命形式的理論可能性。

重構(gòu)生命理論探尋地外生命

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：“可能性空間”（A possibility space）是一個(gè)將所有合理結(jié)果置于其中進(jìn)行考慮、模擬和理論化的場(chǎng)域（arena），這個(gè)概念也承認(rèn)了當(dāng)前知識(shí)架構(gòu)的缺口。因此，要成功探測(cè)地外生命，可能意味著我們需要重塑當(dāng)前基于“生命證據(jù)”的認(rèn)知框架，甚至要重新定義，究竟什么才算作地球“生命”。

薩拉·伊馬里·沃克：從歷史上看，天文學(xué)尋找外星生命的實(shí)驗(yàn)一直執(zhí)著于探測(cè)特定分子，而未能對(duì)整個(gè)行星的生命過(guò)程進(jìn)行概念化思考?，F(xiàn)在，我們開(kāi)始考慮如何探測(cè)整個(gè)生物圈。

但要做到這一點(diǎn)，我們需要圍繞“復(fù)雜性”概念發(fā)展新的生命理論。我所說(shuō)的“復(fù)雜性”，指的是產(chǎn)生特定結(jié)構(gòu)集所需的信息量；換句話說(shuō)，它決定了存在哪些可能性。而“信息”指的其實(shí)是因果關(guān)系和選擇過(guò)程，“組裝理論”（assembly theory）[2]將其定義為被觀測(cè)對(duì)象存在所必需的最少偶然歷史步驟數(shù)（contingent historical steps）。如果所觀測(cè)對(duì)象形成需“相當(dāng)多”的選擇和歷史偶然性，則表明這些特征需要大量“獲得性記憶”，且只能由生命產(chǎn)生。

地球可以作為理解行星復(fù)雜性的模型。要回答“如何將地球描述為一個(gè)生命世界”的問(wèn)題，我們可以從“地球擁有約40億年的獲得性記憶”這一概念入手。當(dāng)科學(xué)家著手描述并探測(cè)生命時(shí)，我認(rèn)為我們需要以探測(cè)“行星當(dāng)前狀態(tài)中保留的過(guò)去狀態(tài)的時(shí)間深度”為目標(biāo)。這聽(tīng)起來(lái)可能很奇怪，但借此我們可以運(yùn)用組裝理論，來(lái)追蹤整個(gè)大氣層如何通過(guò)選擇機(jī)制構(gòu)建出來(lái)的，這也為我們探測(cè)外星生命提供了可能。

如果預(yù)設(shè)了系外行星的生命形式與地球相同，就會(huì)極大地低估外星生命形式的理論可能性。

這種概念上的重新定位，要求我們分開(kāi)思考“生命構(gòu)建的事物”（例如樂(lè)高積木般的離散單元）與“構(gòu)建生命的整個(gè)事物系統(tǒng)”（例如生物體）。宇宙中可能存在其他信息處理（或智能）系統(tǒng)，或許可以稱之為“生命”，而我們之所以能認(rèn)識(shí)到它們，是因?yàn)樗鼈兡苤圃斐鑫覀冎涝跊](méi)有生命的情況下無(wú)法形成的東西。了解行星在數(shù)十億年演化中的完整歷史并非必要，因?yàn)檠莼龅膶?duì)象本身就應(yīng)該是這段歷史的證據(jù)，無(wú)論“生命”是否是歷史的一部分。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：行星的“獲得性記憶”，就像是一個(gè)“戈?duì)柕现Y(jié)”（Gordian knot），由化學(xué)、生物和物理數(shù)據(jù)在漫長(zhǎng)的歲月中交織而成。

? “戈?duì)柕现Y(jié)”是一個(gè)源于古希臘神話的典故，指的是一個(gè)極其復(fù)雜、難以解開(kāi)的繩結(jié)。

薩拉·伊馬里·沃克：是的。由于生物系統(tǒng)不斷繁殖并構(gòu)建新結(jié)構(gòu)，我們往往意識(shí)不到某些生命形式有多古老。在過(guò)去40億年里，核糖體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，比地球上的大多數(shù)巖石還要少；而鯊魚(yú)譜系存在的時(shí)間，甚至比土星的光環(huán)還要久遠(yuǎn)。

生物系統(tǒng)具有持續(xù)演化的特性，而科學(xué)家確實(shí)需要通過(guò)物理痕跡尋找生命證據(jù)，那么，天體生物學(xué)家和系外行星天文學(xué)家需要面對(duì)的問(wèn)題就變成：“僅憑行星大氣層的結(jié)構(gòu)，如何推斷那些發(fā)生在時(shí)間深處的過(guò)程？”

我們之所以建造光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，是因?yàn)槲覀冋J(rèn)為它們是推斷生命過(guò)程所產(chǎn)生分子的最佳技術(shù)。但挑戰(zhàn)在于，除非我們知道要尋找的是什么，否則我們無(wú)法直接“看到”宇宙中存在的某些結(jié)構(gòu)。例如，想要識(shí)別外星生物圈（alien biosphere），我們需要穿透大氣層和望遠(yuǎn)鏡濾鏡。而要進(jìn)行這種推斷，我們需要更好地構(gòu)想生命是什么，這樣才知道該尋找什么。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：技術(shù)必須跟上理論的步伐。地質(zhì)學(xué)家愛(ài)德華·修斯（Eduard Suess）在1875年將地球概念化為一系列分層、互鎖的圈層[3]。他創(chuàng)造的“生物圈”（biosphere）或“selbst?ndige”（獨(dú)立體）是包裹地球上所有生命的一層。

約60年后，蘇聯(lián)科學(xué)家弗拉基米爾·維爾納茨基（Vladimir Vernadsky）發(fā)展了Suess的概念[4]。他描述的生物圈處于重大轉(zhuǎn)變狀態(tài)，即一個(gè)新興的“智慧圈”（no?sphere），或稱“人類文化的能量”。

Vernadsky的著作中已隱約顯現(xiàn)人類對(duì)地球的影響，但直到數(shù)十年后，隨著計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星圖像、氣候模型等技術(shù)的發(fā)展，我們才能以極高的科學(xué)精度量化了這種影響。如今，我們正通過(guò)開(kāi)發(fā)觀察技術(shù)來(lái)尋找氣候變化的證據(jù)。當(dāng)然，驚喜和偶然發(fā)現(xiàn)總是存在。

薩拉·伊馬里·沃克：我們尋找生命的方式，有點(diǎn)類似于引力波的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。1916年，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein）的廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，黑洞等超大質(zhì)量物體的碰撞會(huì)在時(shí)空結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生漣漪。人類當(dāng)時(shí)不知道如何構(gòu)建測(cè)量這種漣漪的儀器（即干涉儀），也沒(méi)有能證實(shí)引力波存在的必要的技術(shù)工具。我們花了一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間才開(kāi)發(fā)出探測(cè)技術(shù)——幾乎整整100年后，我們才在2015年實(shí)現(xiàn)了“首次接觸”[5]，證實(shí)了愛(ài)因斯坦對(duì)引力波的預(yù)測(cè)。因此，也必須有技術(shù)，才能有系外行星的洞察。

組裝理論與生命探測(cè)新路徑

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：您的類比讓我想起了我與尋找地外智能的射電天文學(xué)家（如SETI研究所*的科學(xué)家）合作的經(jīng)歷。他們區(qū)分了生物特征（如指示某種生命形式的行星大氣層）和技術(shù)特征（外星智能技術(shù)的制品）。

SETI研究所，全稱“搜尋地外智慧生命研究所”（Search for Extraterrestrial Intelligence Institute），位于美國(guó)加利福尼亞州芒廷維尤。它成立于1984年，是一家非營(yíng)利性科研機(jī)構(gòu)，專注于探索宇宙中地外智慧生命的存在，通過(guò)射電天文學(xué)、光學(xué)天文學(xué)、天體生物學(xué)等多學(xué)科手段，研究地外文明的信號(hào)和生命起源。SETI研究所在地外生命探索領(lǐng)域具有極高的行業(yè)地位，是全球領(lǐng)先的科研機(jī)構(gòu)之一，其項(xiàng)目如SETI@home和艾倫射電望遠(yuǎn)鏡陣列等，吸引了全球科學(xué)家和公眾的廣泛關(guān)注與參與。

即使我們對(duì)地球以外存在生命甚至“智能”的可能性持開(kāi)放態(tài)度，也無(wú)法確定人類能否察覺(jué)到（更不用說(shuō)接收或解譯）定向的、有意的且有意義的通訊信號(hào)。人類與假設(shè)的外星傳輸之間的互操作性（或稱有效通信的能力）并不能得到保證。

引力波代表了一種不同的認(rèn)知嘗試，愛(ài)因斯坦對(duì)引力波的預(yù)測(cè)引發(fā)了一個(gè)世紀(jì)的理論研究，使物理學(xué)家能夠精確預(yù)測(cè)兩個(gè)黑洞碰撞時(shí)“啁啾”（chirp）的形狀[6]，將時(shí)空擾動(dòng)的長(zhǎng)度描述為質(zhì)子直徑的萬(wàn)分之一！理論先行，支持理論的實(shí)驗(yàn)隨后跟進(jìn)。目前，SETI的天文學(xué)家正在開(kāi)展預(yù)期實(shí)驗(yàn)，但目標(biāo)是否存在尚未確定，更不用說(shuō)用理論清晰描述了。

在過(guò)去40億年里，核糖體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化比地球上的大多數(shù)巖石還要少。

薩拉·伊馬里·沃克：是的，這正是挑戰(zhàn)所在。與生命過(guò)程相比，預(yù)測(cè)并探測(cè)引力波是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。我們還沒(méi)有合適的抽象概念或理論來(lái)談?wù)摰赝馍透挥谜f(shuō)外星智能了。

我們?cè)撊绾沃雷约簱碛姓_的技術(shù)或框架，來(lái)觀察宇宙中的復(fù)雜生物特征或感知外星信號(hào)？

我們?nèi)绾螛?gòu)建和使用技術(shù)的方式，以及我們?nèi)绾卫斫馍母拍?，這兩者之間的內(nèi)在關(guān)系是根本性問(wèn)題，卻尚未得到解答。

JWST的一些數(shù)據(jù)可能已經(jīng)在大氣化學(xué)成分中顯示出生物特征。但我提議，重新構(gòu)建我們解釋這些數(shù)據(jù)的概念框架：我們需要將分子的存在理解為生命世界集體演化的產(chǎn)物，而非單個(gè)單元。這就是組裝理論的用武之地。這一生命解釋由化學(xué)家勒羅伊（李）·克羅寧[Leroy (Lee) Cronin]首次提出[7]，對(duì)分子鍵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行展開(kāi)分析，并將特定鍵結(jié)構(gòu)的重復(fù)出現(xiàn)視為衡量一個(gè)化學(xué)系統(tǒng)形成所需的最少獲得性記憶的指標(biāo)。

? 詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST） 是由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）聯(lián)合研發(fā)的下一代先進(jìn)太空望遠(yuǎn)鏡。它于2021年12月25日發(fā)射升空，位于日地拉格朗日點(diǎn)L2軌道，距離地球約150萬(wàn)公里。JWST擁有6.5米的主鏡，主要工作在紅外波段，能夠觀測(cè)早期宇宙、恒星和行星的形成以及系外行星的大氣成分，是目前最強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡之一，為天文學(xué)研究帶來(lái)了革命性的進(jìn)展。圖源：Northrop Grumman

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：您能舉例說(shuō)明這在分子層面是如何運(yùn)作的嗎？

薩拉·伊馬里·沃克：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們將分子拆解，然后嘗試通過(guò)將組成部分重新連接來(lái)重建它。我們的目標(biāo)是找到最短的可能路徑，并且只能重復(fù)使用已制造出的部分。類比樂(lè)高積木：假設(shè)你有一個(gè)樂(lè)高城堡，把它砸成碎片，然后問(wèn)重建它需要多少步驟，并且規(guī)定建造者只能使用已建造出的東西。這種約束限制了進(jìn)化發(fā)現(xiàn)該對(duì)象所需的最小因果關(guān)系。我們假設(shè)[7]某些對(duì)象具有足夠的最小因果關(guān)系，意味著它們只能由生命產(chǎn)生，這一假設(shè)目前在組裝理論應(yīng)用于分子的實(shí)驗(yàn)中得到了支持[8]。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：所以當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)獲得足夠的復(fù)雜性時(shí)，就可以自我組裝為生命。

薩拉·伊馬里·沃克：要看到真正的“生命”的整體結(jié)構(gòu)，我們需要新的觀察方式。探測(cè)地外生命可能不會(huì)使用現(xiàn)有的、熟悉的觀測(cè)技術(shù)，因?yàn)槲覀兩形赐耆斫庑行巧^(guò)程的復(fù)雜性。

我們還需要非常謹(jǐn)慎，不要高估“生命過(guò)程的物質(zhì)”（materials of life processes）與“生命過(guò)程產(chǎn)生的技術(shù)”（echnologies that life processes produce）之間的聯(lián)系。正如Lee指出的，社交媒體應(yīng)用TikTok不會(huì)在宇宙任何地方都存在，我們并不指望在每個(gè)有生命的行星上都演化出在地球上誕生的技術(shù)。

因?yàn)槲覀冃枰姓J(rèn)，人類嵌入在特定的技術(shù)空間中，這是我們生物學(xué)的產(chǎn)物，而生物學(xué)本身是約38億年前發(fā)生在我們星球上的地球化學(xué)事件的產(chǎn)物，這一切都是偶然的。但出于某種原因，當(dāng)我們看待生物化學(xué)時(shí)，我們總傾向于以一種暗示生命復(fù)雜過(guò)程是從單一行星條件中線性出現(xiàn)的個(gè)體對(duì)象的方式來(lái)談?wù)摚鴽](méi)有意識(shí)到生物化學(xué)是深度復(fù)雜的行星系統(tǒng)中復(fù)雜、迭代、互動(dòng)的發(fā)明。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：很高興得知地球是唯一有TikTok的行星！但您的意思是，我們應(yīng)該將TikTok視為地球復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)果，而這些系統(tǒng)可以追溯到我們所知的生命的分子構(gòu)建塊（molecular building blocks）。鑒于原子層面可能的組合以及導(dǎo)致人類發(fā)明TikTok、望遠(yuǎn)鏡和衛(wèi)星的事件數(shù)量如此之多，創(chuàng)造智能生命的可能系統(tǒng)數(shù)量是巨大的。

薩拉·伊馬里·沃克：是的，數(shù)量巨大！這就是我對(duì)組裝理論感到興奮的原因，因?yàn)樗刮覀兡軌蛐问交癁槟硞€(gè)對(duì)象存在所必須選擇的空間有多大。我和其他天體生物學(xué)家試圖解決的謎團(tuán)，不僅是生命的跡象最初如何從特定的行星地球化學(xué)中出現(xiàn)，還有在數(shù)十億年的時(shí)間里如何演化出生命結(jié)構(gòu)的驚人多樣性。

當(dāng)然，約束是存在的。萬(wàn)事萬(wàn)物都遵循物理定律，我們預(yù)期這些定律會(huì)對(duì)生物學(xué)和技術(shù)的出現(xiàn)方式施加普遍約束。例如，我們可以假設(shè)所有飛行動(dòng)物都會(huì)有翼狀結(jié)構(gòu)，但這些結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié)（如材料、確切形狀以及它們?cè)谖锓N中如何出現(xiàn)和演化）會(huì)因出現(xiàn)的特定歷史背景而有很大的不同。

我們需要將分子的存在理解為生命世界集體演化的產(chǎn)物，而非單個(gè)單元。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：趨同演化解釋了為何翼龍和蝙蝠都有翅膀，而這些結(jié)構(gòu)源于完全不同的演化路徑。

薩拉·伊馬里·沃克：是的。同樣，概念化行星的獲得性記憶，意味著擴(kuò)展生命標(biāo)志的定義，尋找生命所需的工具。天體生物學(xué)需要超越分析分子結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，轉(zhuǎn)向分析可能真正是生命普遍特征的宏觀模式。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：您的意思是，系外行星大氣層中的化學(xué)反應(yīng)，應(yīng)理解為整個(gè)行星系統(tǒng)的結(jié)果，而不僅僅是某些原子的結(jié)合。鳥(niǎo)類的翅膀是數(shù)十億年復(fù)雜過(guò)程的結(jié)果。翅膀是我們?cè)诘厍蛏峡吹降默F(xiàn)象，是從行星生命系統(tǒng)中產(chǎn)生的演化和選擇的結(jié)果。因此，地球上的選擇過(guò)程產(chǎn)生了生命，生命產(chǎn)生了智能，然后產(chǎn)生了技術(shù)。

? 自早期的恐龍以來(lái)，鳥(niǎo)類已經(jīng)減少了手腕中的骨骼數(shù)量，但是剩下的鳥(niǎo)類的起源和身份很難追蹤. 圖源：2014 Robin Meadows

薩拉·伊馬里·沃克：而這種智能不僅可以在個(gè)體層面觀察到（例如一個(gè)人做數(shù)學(xué)），還可以在集體層面觀察到（例如人類生產(chǎn)AI）。這種復(fù)雜化過(guò)程可以擴(kuò)展到行星尺度的生命和智能過(guò)程。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：智能是可以在行星層面觀察到的復(fù)雜對(duì)象的痕跡。行星嵌入了一個(gè)物質(zhì)譜系，讓我們知曉復(fù)雜對(duì)象（生命）是如何自我組裝成其他復(fù)雜對(duì)象，并進(jìn)行反射性和遞歸性地迭代。地球有足夠的時(shí)間建立包含生命的記憶，而這種生命包括各種技術(shù)。

我很好奇的是，未來(lái)哪些觀測(cè)可能成為行星尺度知識(shí)（其獲得性記憶）的證據(jù)？與我合作過(guò)的SETI科學(xué)家通常對(duì)詳細(xì)推測(cè)外星生物的性質(zhì)持謹(jǐn)慎態(tài)度。鑒于我們的知識(shí)有限，外星人是否有皮毛、是否有10只眼睛或能否在六維中運(yùn)作，這想象起來(lái)很有趣，但可能在科學(xué)上沒(méi)有什么用處。我們只能用現(xiàn)有技術(shù)非常狹隘地搜索一系列可能暗示外星技術(shù)的無(wú)線電頻率，還沒(méi)有能探測(cè)外星“智能”的宇宙腦掃描設(shè)備。

但請(qǐng)?jiān)试S我假設(shè)一下，如何設(shè)計(jì)下一代JWST的未來(lái)儀器，使其不僅能搜索分子是否存在，還具備通過(guò)評(píng)估整個(gè)行星的地質(zhì)、生物和化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)搜索“智能”等概念的能力？

薩拉·伊馬里·沃克：我是從生命本質(zhì)的激進(jìn)抽象角度思考的。如果我們能構(gòu)建新的觀測(cè)技術(shù)，以因果結(jié)構(gòu)的方式看待世界，那么挑選出“活著”的對(duì)象和實(shí)體會(huì)非常容易，因?yàn)樗鼈儞碛懈顚哟蔚摹吧?/strong>（liveliness）因果結(jié)構(gòu)。

演化出技術(shù)圈（如衛(wèi)星和航天器等一系列獨(dú)特且集成的系統(tǒng)）的行星，比擁有生物圈的行星更“有生命”。因?yàn)榻M裝技術(shù)圈所需的因果關(guān)系量要高得多，具有更大的因果深度，因此是行星上“時(shí)間更深”的存在。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：組裝理論可以被用于計(jì)算這種因果深度。

薩拉·伊馬里·沃克：是的。組裝理論是對(duì)生命及其對(duì)象的數(shù)學(xué)描述。但我們希望將組裝理論推廣到所有由生命構(gòu)建的材料。目前尚不清楚，未來(lái)的推測(cè)工具將如何通過(guò)直接物理觀測(cè)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜性測(cè)量，但我認(rèn)為關(guān)鍵一步是發(fā)明一種新技術(shù)（如組裝理論這樣的理論），幫助我們看到因果結(jié)構(gòu)。

探測(cè)行星生命過(guò)程，無(wú)論是通過(guò)直接觀察還是概念框架，都很困難。從太空望遠(yuǎn)鏡中，我們只獲得了來(lái)自系外行星的光子，這些光子被渲染成光譜[9]。這盡管可以告訴我們很多關(guān)于行星大小甚至大氣成分的信息，但構(gòu)建一個(gè)表征行星生命復(fù)雜性的儀器并非易事。

我們到底需要采取什么樣的測(cè)量方法？能遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)嗎？如何根據(jù)我們對(duì)大氣中鍵和元素多樣性的觀察進(jìn)行推斷，這些思考與觀察為我們提供了關(guān)于其組裝的信息，我們?cè)谶@些方面取得了很大進(jìn)展。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：因此，這不僅僅是收集足夠信息以最終認(rèn)定具有深層獲得性記憶行星的問(wèn)題，也并非將光譜編譯成以這種新方式理解數(shù)據(jù)的問(wèn)題。

如果我們觀測(cè)到一個(gè)足夠復(fù)雜的大氣，一個(gè)需要足夠時(shí)間才能形成的大氣，這可能就是生物特征的‘確鑿證據(jù)’。

薩拉·伊馬里·沃克：對(duì)。我們不能僅使用信息理論[10]或計(jì)算語(yǔ)言來(lái)探測(cè)生命，因?yàn)樗鼈円蕾囉谌祟愌苌臄?shù)據(jù)標(biāo)記系統(tǒng)。我們需要一個(gè)新范式，其中觀察到的物質(zhì)中的偶然性與其復(fù)雜性的計(jì)算是相同的。在組裝理論中，我們通過(guò)將對(duì)象視為“信息”來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：對(duì)象由宇宙用來(lái)構(gòu)建它們的操作組成，這是一種內(nèi)在屬性，意味著不同的對(duì)象需要不同的記憶量，因此具有不同的時(shí)間深度。因此，我們預(yù)期這些對(duì)象要出現(xiàn)在宇宙中的特定時(shí)間，需要不同的獲得性記憶量。而為了從大氣數(shù)據(jù)中得到檢測(cè)，需要我們突破性地將大氣層視為由演化和選擇組裝而成的復(fù)雜系統(tǒng)。

生命：時(shí)間尺度上的龐然大物

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：讓我們將系外行星的復(fù)雜性問(wèn)題帶回我們熟悉的地球背景，畢竟，這是我們所知宇宙中唯一存在生命的地方。是否需要匯編數(shù)百萬(wàn)年的大氣譜系，來(lái)為演化的生物過(guò)程證據(jù)生成不同的時(shí)間戳？是否還需要前往海底計(jì)算鯊魚(yú)牙齒的組裝指數(shù)，以融入地球生命出現(xiàn)的整體理論？

薩拉·伊馬里·沃克：目前還不確定我們能從大氣數(shù)據(jù)中推斷出多少關(guān)于生命的信息。因?yàn)?strong>我們要推斷的對(duì)象存在于如此大的時(shí)間尺度上，而大氣中的大多數(shù)分子的時(shí)間對(duì)象并不深。

另一方面，生命產(chǎn)物的獨(dú)特性，在于它是種時(shí)間尺度極大的對(duì)象。在所謂的組裝時(shí)間中，我們可以根據(jù)最少物理操作數(shù)來(lái)堆疊構(gòu)建所有的對(duì)象，并定義“任何地方都能產(chǎn)生的對(duì)象”與“需要生命（演化）軌跡才能產(chǎn)生的對(duì)象”之間的邊界。但這需要我們假設(shè)時(shí)間是所有對(duì)象的內(nèi)在特征。人類在時(shí)間尺度上極大，植物和人類在時(shí)鐘時(shí)間上有38億年歷史，這顆星球上的所有生物都可追溯至如此久遠(yuǎn)。

克萊爾·伊莎貝爾·韋伯：我從未聽(tīng)過(guò)有人描述對(duì)象為在“時(shí)間”（非物質(zhì)現(xiàn)象）上“龐大”（物理現(xiàn)象）。

薩拉·伊馬里·沃克：有時(shí)，開(kāi)展新物理學(xué)研究需要以新方式定義物質(zhì)的范疇。若要從能夠構(gòu)建生命理論的解釋性角度研究行星大氣，我們或許需要測(cè)量大氣在時(shí)間維度上的龐大程度。因此，如果我們觀測(cè)到一個(gè)足夠復(fù)雜的大氣，一個(gè)需要足夠時(shí)間才能形成的大氣，這可能就是生物特征的“確鑿證據(jù)”，成為該行星存在某種生命的決定性標(biāo)志。

但問(wèn)題在于，揮發(fā)性氣體（存在于我們已知有生命的地球大氣中，也存在于我們認(rèn)為無(wú)生命的區(qū)域）往往由非常簡(jiǎn)單的分子構(gòu)成。因此，要探測(cè)“生命”，我們必須進(jìn)行許多其他推斷，例如觀察分子如何相互作用，以及它們?nèi)绾喂餐甘緩?fù)雜的生命過(guò)程。也就是說(shuō)，我們可能會(huì)從整個(gè)系統(tǒng)組成中發(fā)現(xiàn)證據(jù)，顯示這一對(duì)象在時(shí)間維度上比任何單個(gè)分子都要“龐大”得多。

我的提議是，我們應(yīng)審視系統(tǒng)的整體組成。這將使我們能夠理解一顆行星的“記憶深度”，即其進(jìn)化歷史的證據(jù)，而這種進(jìn)化歷史本應(yīng)產(chǎn)生我們所能觀測(cè)到的整體大氣組成。

關(guān)于我們是否擁有能推斷系外行星上存在生命的科學(xué)路徑，很多人對(duì)此并不樂(lè)觀，我不確定自己的立場(chǎng)。但我現(xiàn)在正與李·克羅寧（Lee Cronin）合作推進(jìn)一個(gè)大型項(xiàng)目，它將使我們能夠在實(shí)驗(yàn)室中觀察外星生命的出現(xiàn)，例如從零開(kāi)始創(chuàng)造一個(gè)生命起源事件。

我們需要建造一個(gè)“行星模擬器”來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這不能是一個(gè)計(jì)算實(shí)驗(yàn)，它必須是物理實(shí)驗(yàn)，原因有二：（1）在現(xiàn)實(shí)宇宙中模擬生命的計(jì)算效率更高；（2）我們尚未知曉所有相關(guān)的物理學(xué)知識(shí)來(lái)進(jìn)行模擬，因此必須利用化學(xué)在現(xiàn)實(shí)中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

如今，大規(guī)模開(kāi)展此類實(shí)驗(yàn)的技術(shù)已經(jīng)存在[11]，而且我們擁有可以指導(dǎo)探索方向的理論。對(duì)我們而言，證明能夠讓我們發(fā)現(xiàn)外星生命的原理的最佳方式，就是在地球上進(jìn)行正確的、以理論為驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。

我希望在有生之年能夠回答的深刻問(wèn)題是：我們能否在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)化出真正的外星生命，或許還能進(jìn)化出智慧？

編者后記

兩位科學(xué)家的對(duì)話，為我們打開(kāi)了一扇跨學(xué)科的新窗口。從詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)成果，到行星多樣性的驚人發(fā)現(xiàn)，再到組裝理論帶來(lái)的全新視角，顯示出人類對(duì)生命認(rèn)知的不斷拓展。

組裝理論的啟示在于，生命的本質(zhì)或許不在于具體的形態(tài)，而在于那套能積累“獲得性記憶”的復(fù)雜因果結(jié)構(gòu)。我們正在學(xué)會(huì)以更謙卑的姿態(tài)面對(duì)宇宙的可能性：外星生命不必呼吸氧氣，不必依賴水，甚至不必?fù)碛形覀兡芾斫獾摹靶螒B(tài)”，但它們一定攜帶著宇宙賦予的、獨(dú)一無(wú)二的“時(shí)間印記”。

當(dāng)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室模擬行星演化，在理論框架中推演生命的可能，實(shí)則是在觸摸宇宙最根本的創(chuàng)造力。盡管目前在觀測(cè)技術(shù)和理論構(gòu)建上仍面臨諸多挑戰(zhàn)，但科學(xué)家們探索的腳步從未停歇?；蛟S在不久的將來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和理論的完善，我們能進(jìn)一步洞悉生命的本質(zhì)與宇宙的奧秘。

或許有一天，當(dāng)我們真正“看見(jiàn)”外星生命時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們與地球生命共享著同一種宇宙語(yǔ)言，那是物質(zhì)在無(wú)盡時(shí)間中自我記憶的智慧，是宇宙凝視自身的萬(wàn)千眼眸。

為簡(jiǎn)潔清晰起見(jiàn)，本次訪談內(nèi)容經(jīng)過(guò)編輯處理。原文出處：

https://www.noemamag.com/measuring-a-planets-acquired-memory/

1.Madhusudhan, Nikku, Anjali AA Piette, and Savvas Constantinou. "Habitability and biosignatures of Hycean worlds." The Astrophysical Journal 918.1 (2021): 1.

2.Ball, Philip. "A New Idea for How to Assemble Life." Quanta Magazine, May 4 (2023): 2023.

3.Suess, Eduard. Die entstehung der Alpen. W. Braumüller, 1875.

4.Vernadsky, Vladimir I. "The Transition from the Biosphere to the Noosphere." Excepts from “Scientific Thought as a Planetary Phenomenon”. 21st Century Science &Technology, Spring-Summer (2012).

5.Abbott, Benjamin P., et al. "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger." Physical review letters 116.6 (2016): 061102.

6.LIGO Chirp | The sound of two black holes colliding , https://www.youtube.com/watch?v=dP6ZWew83_Q

7.Sharma, Abhishek, et al. "Assembly theory explains and quantifies selection and evolution." Nature 622.7982 (2023): 321-328.

8.Marshall, Stuart M., et al. "Identifying molecules as biosignatures with assembly theory and mass spectrometry." Nature communications 12.1 (2021): 3033.

9.Learn About the Universe With the James Webb Space Telescope, https://www.jpl.nasa.gov/edu/resources/teachable-moment/learn-about-the-universe-with-the-james-webb-space-telescope/

10.Tse, David. "How Claude Shannon invented the future: Today’s information age is only possible thanks to the groundbreaking work of a lone genius." Quanta, December 22 (2020).

11.Mehr, S. Hessam M., et al. "A universal system for digitization and automatic execution of the chemical synthesis literature." Science 370.6512 (2020): 101-108.

由天橋腦科學(xué)研究院主辦的首屆AI驅(qū)動(dòng)科學(xué)年度研討會(huì)（AIAS 2025）將于10月27–28日在美國(guó)舊金山舉行。會(huì)議面向全球征集論文，聚焦能夠在科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)辟全新研究模式、假設(shè)生成及實(shí)驗(yàn)方法的變革性人工智能創(chuàng)新。如果您希望與諾貝爾獎(jiǎng)得主Jennifer Doudna，David Baker，知名學(xué)者Animashree Anankumar，Heather J. Kulik，以及業(yè)界領(lǐng)袖Tom Miller一同登臺(tái)分享，請(qǐng)點(diǎn)擊閱讀原文提交您的論文：https://aias2025.org/call-for-papers/！征稿截止日期為8月1日。

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