我们在宇宙中是孤独的吗？78年前丘吉尔也思考过这个问题
原文以Winston Churchill’s essay on alien life found为标题
发布在2017年2月15日的《自然》评论版块上
原文作者：Mario Livio，天文物理学家、科普作家
最新发现的一篇英国政治家丘吉尔的文章表明，他会像科学家一样探讨地外生命存在的可能性。
丘吉尔在桌前工作（1939年拍摄）。丘吉尔是一位多产的写作者，他探讨过的科学话题包括演化和核聚变等等。
Kurt Hutton/Picture Post/Getty
温斯顿·丘吉尔最知名的身份是战时领导人、二十世纪最有影响力的政治家之一；人们眼中的他是一位清醒的历史学家，一位雄辩的演说家。他对科学和技术也充满热情。
1896年，在随英国陆军驻扎印度期间，22岁的丘吉尔阅读了达尔文的《物种起源》和一本物理学入门读物。在上世纪二三十年代，他还为报章杂志撰写过有关演化和细胞等主题的大众科学文章。
1931年，他在《海滨杂志》（The Strand Magazine）发表了一篇题为《五十年后》的文章，在文中描述了核聚变：“如果将一磅水中的氢原子组合在一起形成氦原子，产生的能量就足以驱动一台千匹马力的发动机运转一年。”他文章中的信息很有可能来自与友人Frederick Lindemann的谈话，Lindemann是一位物理学家，后来还担任了丘吉尔的顾问。
第二次世界大战期间，丘吉尔支持了雷达项目和英国核计划的发展。他定期与科学家会面，其中包括射电天文学之父Bernard Lovell。一次有关利用统计数据打击德国U型潜艇的谈话体现了他对科学的态度。空军上将Arthur Harris（人称“轰炸机哈里斯”）抱怨道：“我们打仗靠的是武器还是计算尺？”丘吉尔回答：“试试计算尺吧。”
他是第一位聘请科学顾问的英国首相，在20世纪40年代初聘用了Lindemann担任他的科学顾问。通过对实验室、望远镜和技术开发提供政府资助，丘吉尔为英国创造了一个有利于科学发展的环境，催生了战后英国在分子遗传学和X射线晶体学等领域的发现和发明。
尽管已对他有此了解，但还是发生了一件让我大感惊讶的事。去年我去参观美国国家丘吉尔博物馆，馆长Timothy Riley将丘吉尔一篇文章的打字稿塞到我手中。在这篇长达11页、名为《我们在宇宙中是孤独的吗？》（Are We Alone in the Universe? ）的文章中，他阐述了自己对地外生命探索的先见之明。
这篇文章的初稿可能是在1939年为伦敦《世界新闻报》所做的；当时，欧洲正处在战争的边缘。50年代末，丘吉尔在他的出版人Emery Reves位于法国南部的别墅度假期间对文章做了少量修改。举例来说，他把文章标题从《我们在太空中是孤独的吗？》改成了《我们在宇宙中是孤独的吗？》，以反映科学认知和术语的变化。Emery Reves的妻子Wendy Reves在80年代将手稿移交给了美国国家丘吉尔博物馆。
从2016年5月起开始担任博物馆馆长的Riley刚刚发现这份手稿。据Riley了解，这篇文章一直是Reves的私人收藏，从未被出版过，也从未接受过科学或学术方面的审查。也就是说，我很可能是第一个检查这份手稿的科学家；想象一下我的激动之情吧！
在下文中，我将会概述丘吉尔文章中的观点。在许多政客拒绝和回避科学的当下，这位深入探讨科学问题的国家领导人让我十分感动。
丘吉尔思索的推论与现代天体生物学领域的许多观点非常接近。本质上来说，他的观点建立在“哥白尼原则”的框架下——考虑到宇宙的广袤程度，很难相信地球上的人类是独一无二的。首先，他定义了生命最重要的特征——在他看来，是“繁殖增长”的能力。丘吉尔注意到，一些能结晶的病毒难以归类，因此决定集中探讨“相对而言高度组织的生命”，这想必是指多细胞生命。
他的第一个观点是，“我们所知的生命都需要水”。他指出，身体和细胞主要是由水组成的。依靠其它液体的可能性无法排除，但“在我们现有的知识中，没有任何信息支持我们做出这样的假设”。无论在火星上还是土星和木星的卫星，或是系外行星上，是否存在液态水仍然是我们搜索地球外生命的指导标准。水对地球生命的出现至关重要，但在宇宙中也十分丰富。它是一种美妙而普适的溶剂——几乎所有物质都能在水中溶解，它能将磷酸盐等化学物质运输进或运输出细胞。
一张由火星勘测轨道飞行器拍下的火星表面的照片，人们仍然在火星上搜索水。
NASA/JPL/Univ.Arizona
随后，丘吉尔定义了在今天被称为“宜居带”的概念——恒星周围既不太冷也不太热的狭窄的“金凤花姑娘区”（‘Goldilocks' region’，来自童话《金凤花姑娘与三只熊》），区域内的岩石行星表面有可能存在液态水。他写道，生命只能存在于“温度在水的冰点以上，沸点以下”的区域。他还解释了地球的温度如何是由其离太阳的距离决定的。丘吉尔还考虑了行星保持其大气层的能力，解释了气体温度越高，分子移动就越快，气体就越容易逃逸。因此，要长期留住大气层就需要更强的引力。
综上，丘吉尔推论，火星和金星是太阳系中除地球外唯二能支持生命的地方。他排除了外侧行星（太寒冷）、水星（对日面太热，背日面太冷）、月球和小行星（引力过于微弱，无法维持大气层）。
1938年，美国广播剧《世界大战》（改编自H.G.威尔斯1898年的小说）的播出在媒体上掀起了一波“火星热”，丘吉尔的文章就写作于此后不久。对火星生命的猜测从十九世纪末就开始了。1877年，意大利天文学家Giovanni Schiaparelli在火星表面发现了线型条纹（canali，意大利语指“河道”，译为英语时被误译为“运河”（canal）），这些“河道”被认为是外星文明建造的。
后来，人们发现这只是视觉错觉，但火星人的概念却留存了下来。有关火星的科幻作品大量涌现，雷·布拉德利的《火星编年史》（Doubleday出版社,1950；在英国以《银蝗虫》为名出版）是其中的巅峰之作。
接下来，丘吉尔探讨了其它恒星拥有行星的可能性。他推论，“银河系有几十亿颗恒星，太阳只是其中一颗”。丘吉尔假设行星是一颗恒星从另一颗恒星附近经过时撕裂的气体组成的。这是天体物理学家James Jeans在1917年提出的模型，后来被证实是错误的。他推断，因为这样的近距离接触十分罕见，“我们的太阳或许的确是特别的，也有可能是独一无二的”。
接下来是丘吉尔大放光彩的时间。就像一位拥有严谨的怀疑精神的科学家一样，他写道：“但这一推论建立在行星以这种方式形成的假设上。行星或许不是这样形成的。我们知道，宇宙中有数百万双星系统，如果它们能形成，为什么行星系统不能呢？”
的确，当代的行星形成理论（岩石行星的核心由许多小天体吸积而成）与Jean的观点截然不同。丘吉尔写道：“我并没有足够的信心相信我们的太阳是唯一一颗拥有一组行星的恒星。”
因此，他总结道，有许多系外行星“将是大小适当，能够在行星表面维持水的存在，可能还拥有某种大气层”，而且其中一些与“它们的母恒星距离适当，因此能保持适宜的温度”。
几十年后，到了上世纪90年代，人们开始发现上千颗系外行星。直到1961年，天文学家Frank Drake才提出了他有关宇宙中可通讯文明稀有性的概率观点。据开普勒空间望远镜取得的数据推测，在银河系与太阳大小相当（或更小）的恒星的宜居带中，或许含有超过10亿个地球大小的行星。
考虑到宇宙的广袤距离，丘吉尔总结，我们可能永远都不会知道这样的行星上是否“居住着生物，甚至有没有植物”。
丘吉尔看到了太阳系内探索的巨大机会。“有一天，甚至就在不久的将来，人类或许就能登上月球，甚至还能登上金星或火星，”他写道。相比之下，他指出，星际旅行和星际通讯在本质上十分困难。他指出，光需要五年时间才能到距离我们最近的恒星往返一次，并补充道，距离银河系最近的大型螺旋星系（仙女座星系——丘吉尔称之为“螺旋星云”）比最近的恒星还要远数十万倍。
文章充满希望地总结道：“宇宙中有数十万星云，每个星云都拥有数千万十亿恒星，因此，很有可能有大量恒星拥有有条件支持生命的行星。”在这里，丘吉尔显示出了自己对天文学家Edwin Hubble在上世纪20年代末和30年代初的发现的熟悉，Hubble发现银河系外还有许多星系（根据最近的估计，约有2万亿个）。
随后，丘吉尔文锋一转，吐露出了那个年代的消极情绪：“就我个人而言，人类文明取得的成就并不足以使我相信我们是这个广袤宇宙中唯一能思考的生物，也不能使我相信人类就是漫漫时空中生理和心理发展的顶峰。”
在将近80年后的今天，这个让丘吉尔为之沉迷的问题成了科研界最炙手可热的研究领域之一。人们仍在搜寻火星地下生命的迹象。对金星气候的模拟表明，金星在历史上或许也曾是一颗宜居星球。天文学家相信，在几十年内，我们就将在系外行星的大气中发现现存或过去生命的生物学特征，或者至少能得出有关其罕见性的约束条件。
丘吉尔的文章证明他看到了科学和技术成果对社会发展的重要性。1958年，在协助剑桥大学创建丘吉尔学院时，他写道：“只有不断带领人类发现科学和工程领域的新世界，我们才能保持自己的地位，才能继续生存下去。
但他也担心，没有对人文科学的理解，科研便有可能是在道德真空中开展的。“世界需要科学家，但世界不该成为科学家的世界，”他说。要让科学成为“人类的仆人，而非主人”，他认为必须制定有关人文价值的适当政策。正如他1949年在麻省理工学院演讲时所说：“如果倾尽现代科学的全部资源仍然无法避免世界饥荒，那我们都应该负起责任。”
丘吉尔是一位科学爱好者和倡导者，但他也会在人类价值观的背景下思索重要的科学问题。特别是在今天的政治形势下，各国领导人应该学习以丘吉尔的为榜样：任命长期的科学顾问，并善加利用。ⓝ
Nature|doi:doi:10.1038/542289a
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