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藝術(shù)家對GN-z11星系的想象，它是目前已知的最古老的星系。（圖片來(lái)源：Pablo Carlos Budassi Wikimedia）

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在科幻小說(shuō)《三體》中，答案顯然是否定的，無(wú)數的生命體及地外文明蟄伏于宇宙之中，此消彼長(cháng)，日轉星移。而現實(shí)或許也是如此，也許在幾十億年前，類(lèi)太陽(yáng)恒星的行星上就已經(jīng)出現了宇宙中最早的生命。他們可能早已湮沒(méi)在時(shí)間的長(cháng)河中，也可能在宇宙中留下了痕跡。循著(zhù)這些蛛絲馬跡，我們或許就能找到宇宙生命的起源。

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撰文 | 亞伯拉罕·洛布（Avi Loeb）

翻譯 | 洪藝瑞

審校 | 吳非

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在宇宙大爆炸發(fā)生后約1500萬(wàn)年，爆炸產(chǎn)生的電磁輻射逐漸消散，整個(gè)宇宙冷卻至接近室溫。在2013年的一篇論文中，我把這個(gè)階段稱(chēng)為“早期宇宙的宜居時(shí)期”。如果人類(lèi)生活在那個(gè)時(shí)期，即使沒(méi)有太陽(yáng)也無(wú)關(guān)緊要，因為宇宙的輻射背景就可以讓我們足夠暖和。

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但是生命在那時(shí)就已經(jīng)誕生了嗎？答案很可能是否定的。這不是因為缺乏適宜的溫度，而是因為宇宙中缺乏生命必需的化學(xué)元素——碳元素和氧元素。在大爆炸發(fā)生后的20分鐘內，宇宙中僅含有少量的氫和氦、極其微量的鋰，以及幾乎可以忽略不計的其他更重的元素。只有在大爆炸發(fā)生約5億年后，第一批恒星將氫和氦融合為氧和碳，從而讓生命成為可能。

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那么宇宙中的生命究竟起源于何時(shí)呢？宇宙中大多數恒星都形成于太陽(yáng)誕生數十億年前?；诤阈切纬傻臍v史，我和拉斐爾·巴蒂斯塔（Rafael Batista）、戴維·斯?。―avid Sloan）計算了從第一顆恒星誕生到遙遠的未來(lái)，不同的時(shí)間點(diǎn)生命出現的概率。結果表明，類(lèi)太陽(yáng)恒星周?chē)纳芸赡茉谧罱鼛资畠|年才出現。未來(lái)，在圍繞矮星運行的行星上，可能還會(huì )誕生更多的生命。例如離我們最近的矮星比鄰星，它的壽命能達到太陽(yáng)壽命的數百倍，能夠為其行星提供長(cháng)達10萬(wàn)億年的熱量?；蛟S有一天，人類(lèi)科技足夠發(fā)達，我們就能遷徙到像比鄰星b這樣的行星上，開(kāi)啟新的生活。

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離我們最近的恒星：比鄰星（圖片來(lái)源：ESA/Hubble & NASA）

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當然，以上推測都建立在一個(gè)假設上——水是生命之源。水是目前已知的唯一能夠支撐生命的液體，但人類(lèi)對自然的探索仍然相當有限，誰(shuí)也沒(méi)有把握說(shuō)我們一定是對的。宇宙早期是否有其他能支持生命的液體出現？在我們和馬納斯維·林加姆（Manasvi Lingam）合作發(fā)表的一篇新論文中，我們就發(fā)現在第一批恒星形成后，氨氣、甲烷和硫化氫可能以液態(tài)的形式存在，隨后出現的可能是液態(tài)乙烷和丙烷。盡管這些液體與生命之間的相關(guān)性仍然不明確，但我們可以進(jìn)行實(shí)驗探究。目前的難點(diǎn)在于，需要首先創(chuàng )造出合成生命，哈佛大學(xué)的杰克·紹斯塔克（Jack Szostak）及全世界其他團隊正積極嘗試攻克這個(gè)難題。如果成功，那么我們就可以探究在水之外的其他液體中能否誕生生命。

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要想知道宇宙生命何時(shí)起源，可以嘗試在最古老恒星的行星上搜尋生命的跡象。那么如何確定哪些恒星最古老呢？天文學(xué)家認為，這些恒星由于形成較早，因此主要由氫和氦組成。比氦更重的元素，我們稱(chēng)之為“金屬”，這些元素在古老恒星中含量應該較低。事實(shí)的確如此，我們已經(jīng)在銀河系邊緣發(fā)現了一些缺乏金屬的恒星，它們很可能是宇宙中最早誕生的一批恒星。這些恒星往往含有高于平均水平的碳，我們把這種恒星稱(chēng)為“高碳低金屬”（carbon enhance metal poor, CEMP）恒星。

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我和我之前的學(xué)生納塔莉·梅什（Natalie Mashian）對CEMP恒星進(jìn)行了研究，我們認為繞CEMP恒星運轉的行星可能主要由碳組成，能夠為宇宙早期生命的誕生提供良好的基礎。因此，我們可以尋找那些繞CEMP恒星運行，并且大氣組成存在生物標記的行星。通過(guò)計算這些行星的年齡，我們就可以推測宇宙生命大約起源于何時(shí)。

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早期宇宙中的星系團（圖片來(lái)源：P.Rosati et al.; X-Ray: CXC, NASA / Optical: ESO, VLT）

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另一種方法則是搜尋宇宙中早期文明發(fā)出的信號。這些信號可能是推動(dòng)光帆時(shí)產(chǎn)生的一束光，也可能是一些宇宙尺度的工程項目留下的痕跡，比如移動(dòng)一顆恒星。但不太可能會(huì )是通訊信號，因為將信號從宇宙這頭傳輸至另一頭，可能需要數十億年，沒(méi)人會(huì )想通過(guò)這種方式進(jìn)行交流。

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但這些生命的痕跡注定不會(huì )長(cháng)久。10萬(wàn)億年后，暗能量造成的宇宙加速膨脹會(huì )讓整個(gè)宇宙陷入黑暗和寒冷之中，所有的生命或將陷入永恒的沉寂。我們無(wú)法想象10萬(wàn)億年后人類(lèi)將如何應對這場(chǎng)災難，我們甚至不知道那時(shí)人類(lèi)是否存在。但我們仍然可以為未來(lái)人類(lèi)留下一筆遺產(chǎn)——我們可以珍惜眼前美麗的自然環(huán)境，對大自然的饋贈葆有感恩之心。如果人類(lèi)的后裔足夠聰明，能夠熬過(guò)那段黑暗時(shí)光，那么或許我們今天的行為會(huì )讓他們感到驕傲，并把我們的貢獻銘刻在他們的歷史之書(shū)上。

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關(guān)于作者

亞伯拉罕·洛布（Avi Loeb）是哈佛大學(xué)天文學(xué)系前主任，哈佛和史密森天體物理中心理論與計算研究所所長(cháng)。

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原文鏈接：

https://www.scientificamerican.com/article/when-did-life-first-emerge-in-the-universe/

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