作者：赵洋

1609年12月的一个夜晚，伽利略把自制的望远镜对准月球，惊奇地发现月球的表面凹凸不平，根本不像大家公认的“天体都是完美无缺的”。作为一个坚定的哥白尼学说的信徒，伽利略在不知不觉中从他所观察到的月球阴影区内的亮点和黑斑中，得出了有关月球表面情况的结论。他设想，月球的表面与地球的表面是相似的。因为他通过新发明的望远镜注视月球时，他“看到了”与地球上类似的情况。天和地是统一的，这一发现给了他驳斥旧学说的勇气。

首先，星际文明必然由智慧生命组成，他们有目的、有计划地向太空发展。从地球的经验看，智慧只能产生在一定体积的大脑中。这样我们就到了星际文明生命进化树的第一个关键分叉点：合适的大脑。对地球而言，如果恐龙没有因天灾灭绝，或者东非草原上的生存压力不那么巨大，都不会有人类大脑的出现。自从6500万年前由恐龙灭绝引领的生物大灭绝（很有可能也是由外部事件如小行星撞击导致的）之后，鸟类和哺乳动物的大脑与身体尺寸的比例都在稳定增长。如果足够大的脑容量是一次筛选，那应该发生在3亿年前，在生物出现羊膜卵（能给生物大规模迁徙提供条件）之后很快出现了哺乳类或鸟类的先祖。或者，另一次筛选应该是语言能力的产生，这种语言能力只在哺乳类动物中而不是鸟类中产生过，并且只有在脑容量足够大的情况下才能产生。

1.合适的行星系统（存在有机物以及生命宜居的行星）

“大过滤器”这一概念，是美国乔治梅森大学的助理教授罗宾·汉森为了试图解答“费米-哈特悖论”而提出的。

小词典：什么是星际文明？

长期以来，我们坚信空气、阳光、食物、水和适宜的温度、气压，以及适宜的酸碱度，是生命存在不可或缺的条件。但地球其实绝不只有这温柔的一面，生物圈也并不仅仅是我们看到的这样。早在1965年，钱学森就曾撰文指出：行星上能不能有与地球上的生命不同的生命？能不能不以碳、氢、氧、氮等原子的组合为基础，而以其他原子组合为基础？这种不同的生命也许能生存于完全不同于地球上的环境：耐高温或耐低温，有很短的寿命或有极长的寿命。

另一个要素就是行星本身的质量。如果行星距其太阳恰好是1个天文单位，则要求行星质量为相当于地球的0.5～10倍个地球质量。如果质量太小，行星的引力就不足以保持维系生命存在的大气，也就没有了保护生命免遭致命辐射伤害的保护层；质量太大，又容易吸引氢，从而形成木星、土星那样的气态行星，使生命难以生存。

又过了两个半世纪，月亮帮忙验证了另一位科学巨人的理论，并使之扬名天下。这个人比牛顿走得更远，他就是爱因斯坦。在1919年5月29日普林西比岛发生的日全食中观测到遥远星光经过太阳时发生了偏转，广义相对论指出的空间弯曲确有其事。全世界为之轰动。要是月球的大小不足以恰好遮住太阳，任何掠过太阳的星光都将不可分辨。从这一点上看，拥有这样的卫星真是科学的福音。

科学家在搜索地外生命时，多以液态水和有机物的存在作为外星生命存在的前提条件。有人批评说，这样以地球生物为蓝本的先入为主的观点阻碍了对外星生命的探索，例如在远离恒星的生命宜居带之外，可能存在通过地热等方式维持地下的生物圈；也有生物能够在高砷低磷的环境下存活，这说明生物组成“必备”的六大基本元素碳、氢、氧、氮、磷、硫，可能不是必需的。除了碳基生命之外，科学家还认为，外星生命也可能以硅基、硫基、氨基等生命形态存在。所以，如果下一部《异形》系列影片中出现了在气态行星的大气层中飞翔的水母状氨基生物，请不要大惊小怪。

可控核聚变尚未打破“永远的50年后”魔咒，但终会成功。难的是有能力为使用技术付出代价。拥有技术和能够自如地使用技术是两码事。20世纪80年代末，美国已经掌握载人火星探测的基本技术，但由于成本高昂，三十年后的今天仍未成行。星际扩张的驱动力也难以预估。也许脑机接口的诞生会使所有人安于虚拟世界，不再关心星空。虽然大规模核战争导致自毁的可能性降低了，但强人工智能实现后，人类是否能继续存在还是未知数。

他们的计算结果是，以日本东京为例，地球上一个城市夜晚的灯光可以一直传到太阳系的边缘。这个距离大约是从地球到冥王星距离的30倍。二人继而根据这一研究提出通过寻找太阳系内可能存在的其他“人造”灯光来寻找外星文明的设想。

美国物理学家恩里科·费米在1950年的一次非正式讨论中指出了上述矛盾，认为这似乎有些不同寻常。宇宙已经有100多亿岁了，仅仅银河系内便有几千亿颗恒星，而孕育了我们的太阳仅仅是其中较为年轻的一颗。即便考虑了光速的有限性和文明兴衰的生命周期，这么长的时间里，宇宙间也应该有过无数星际文明次第兴灭，人类不该如此寂寞。1975年，美国天体物理学家麦克尔·哈特在论文中详细探讨了可能的解释。之后，这一问题通常被称为“费米-哈特悖论”。

具有扩张因子的文明固然充满活力，但却具有内部争斗乃至自毁的倾向。两次世界大战都发生在发达的工业化国家之间，接踵而至的冷战又囤积了足够毁灭人类若干次的核武器。一个文明必须拥有避免自毁的清醒，才能成长为星际文明。

这样我们就到了星际文明生命进化树的第二个关键分叉点：上陆。地球动物登上陆地大约发生在3亿年前。当时，为干旱环境所迫的总鳍鱼，从一个水塘艰难地爬到另外一个水塘，终于在拥有大量新鲜空气的陆地上存活下来。胸鳍和腹鳍变成了四肢，鳃退化了，鳔变成了肺，最终演化成两栖类动物。在外星上，如果没有水生脊椎动物（这样它们才能进化出肢体），如果没有适合它们上陆的环境，将很难进化出星际文明。之所以说“很难”而不是“不可能”，是因为曾有科学家设想，如果有合适的条件，章鱼有可能上陆，逐渐进化为智慧生物。章鱼的多条腕足，倒是极其适合操作复杂的飞船而不至于手忙脚乱。

汉森认为，目力所及的宇宙寂寥无人的这一事实说明，上述9个阶段——或者可能被细分出的更多阶段——中，至少有一个阶段是难以实现的。无论是什么因素在哪个阶段阻止了星际殖民扩张的最终实现，它都被称为“大过滤器”。

根据地球的经验外推，生命很有可能出现在围绕恒星运转的行星上。如果行星的卫星条件适宜，卫星也是不错的生命温床。无论是行星还是卫星，下面这些小过滤器决定了生命能否在上面进化为星际文明。

根据人类目前掌握的科技知识以及历史经验推测，银河系应该早已充满了四处殖民的星际文明，然而不仅地球上找不到外星人曾经造访的证据，在望远镜里也瞥不见丝毫外星飞船或工程的影子——甚至连一个来自智慧文明的无线电信号都接收不到。

对此，提出“大筛选”理论的罗宾·汉森认为，只要宇航条件允许，我们的后代一定会试图向外进行殖民扩张，首先征服其他行星，然后是其他恒星，最后是其他星系。这个预期是有理由的。即使我们的后代大多数都满足于地球上这狭小的空间，害怕殖民者之间的竞争，害怕与外星人接触，或者想保持宇宙原本的样子，但只要这个社会的内部竞争是足够的，并能够允许大量的成员产生不同的想法并付诸实践，那这种期望就是可能实现的。毕竟，即便那些沉迷于网络虚拟现实的、眼光非常狭隘的人，也需要更多的物质和能量来建造和运行更好的电脑，也需要迁徙以减轻区域性的灾祸带来的损失。一百万年在宇宙尺度上是很短的一瞬，但也足够让人类的数量以历史平均增长速度提高，直至达到可观测的宇宙的物理上限。这还是考虑到了用黑洞的降熵作用，以及量子计算机所能达到的计算量，这两点都分别最大化地利用了所有可能的资源。因此，我们有足够理由期待在宇宙时间尺度上，人类将殖民并开发宇宙中还未被我们利用到的资源，即使我们发现了其他的外星文明并与之产生了交流。

代达罗斯飞船的燃料球由氘和氦3构成，总质量达5万吨。这两种燃料都不容易获得。该计划中包含开采木星以获得氢的同位素。如何采集木星氦3呢？可以用一根“空心绳”在轨道上将木星大气中的氦3吸取上来，由于这根“空心绳”能切割木星磁感线，所以还可以用来发电。据测算，要在木星大气中用气球放置100套提取装置，花费20年才能分离出足够多的氦3。一、二级推进系统总共工作不到4年，可以将飞船加速到0.12倍光速，在接下来的46年里，代达罗斯飞船会处于无动力滑行状态。在发射的50年后，载有科研设备的500吨重飞船可抵达距太阳5.9光年的巴纳德星。

如果没有月球，地球上不会存在我们熟悉的生命形式。或者，陆地永远是蛮荒之地。受水的粘滞力所限，海洋生物即使有智慧，也无法产生像我们一样的工业文明。他们可能构成有组织的社会，但没有可以建造房屋与工具的肢体。

要实现这样的速度，首先被排除的就是化学燃料推进。如果一架航天飞机大小的航天器用1000年时间飞到邻近的恒星系，并采用化学燃料火箭，那么，需要的推进剂比全世界所有燃料加起来还多得多。即使采用人类目前掌握得性能最好的离子发动机，排气速度比目前使用的化学火箭的排气速度高200倍，仍需要500多艘超级油轮（10万吨级）大小的推进剂储箱，才能使航天器耗费100年的时间飞到距离太阳最近的恒星。如果该航天器到达目的地之后要停下来，则另外还需要用500艘超级油船所容纳的推进剂来减速。要实现星际飞行，必须使用更高能量密度的燃料。

一切发达的星际文明都可以追溯到最原始、最简单的生命形态，它们位于生命进化树的根部。在40亿年前的地球上，由无机分子合成的有机小分子聚集在热泉口，或者火山口附近的热水中，通过聚合反应，形成了生物大分子，这些大分子进行自我复制、自我选择，进而通过分子的自我组织，并自我复制和变异，形成核酸和活性蛋白质，同时分隔结构同步产生，最后在基因的控制下进行代谢反应，为基因的复制和蛋白质的合成提供能量，这样一个由生物膜包裹着的能自我复制的原始细胞，就在地球上产生了。

面对自我毁灭的危机，文明中的组织和个体能否及时凝聚起来，决定了它是否能在通向星际文明的阶梯上更进一步。这就要求文明的性格应该既不贪婪无度，又积极进取；既勇于竞争，又爱好和平。这些看似矛盾的品行要集中在一个个体身上并不难，要集中在一个族群身上就十分困难了。近代史上，恐怕只有乘“五月花号”航向美洲开辟殖民地的那批清教徒符合要求。事实上，也正是这些人确立了美国精神。美国成为今日的超级大国，除了得天独厚的自然条件外，与上述精神也不无关系。

可以想象，伽马射线暴不过是星际文明漫漫成长历程中要面临的障碍之一，类似的障碍还有许多。换句话说，在宇宙中的无生命物质和可持续扩散的文明之间有一个巨大的筛选机制，通过这个筛选极其困难。如同武侠小说里描绘的那样，一心向武的少年只是骨骼还不够清奇，还需有诸般奇遇方能成为大侠，一个文明也要克服重重困难、跨越道道阶梯才能成长为纵横星系舞台的角色。星际文明必须经历的种种历练，被科学家总结为“大过滤器”（The Great Filter）。

文明的第三次“长大”，是明知面临“大过滤器”可能会无能为力，但还是会尽力争取。对人类而言，还不知道哪一层筛子会难以穿过，所以，我们仍在尝试。

实现了跨恒星往返飞行，在不止一个恒星的引力范围内有定居点，并对各个定居点实现有效治理的技术文明。

满足什么条件的生命更有机会成长为星际文明？让我们从结果出发进行反向推导。

只有超光速通信才能维系统一的星际文明。在《安德的游戏》中，人类靠安塞波保持指挥部和星际舰队的联系，击败了遥远的外星敌人。在科幻作品中，常见的超光速通信有两种：一是超空间通信，先用曲速、超空间、跃迁发生器等手段产生一个空间，将电磁波发送进这个空间，电磁波在该空间中的传递速度超越光速。《星际迷航》中就是这样做的；二是量子通信：利用量子纠缠原理，将光子对拆散，一个留在原地，一个放在目标航天器上，当对一个光子进行干涉时，另一个光子就会做出相应的反应。《三体》中，智子之间就这样实现了实时通信。

1998年，罗宾·汉森在一篇文章中，把没有生命的荒芜之地发展到具有扩张性的星际文明的过程划分成9个阶段：

一颗行星位于生命宜居带内，并不表明其上一定就有生命存在，还要满足一系列其他条件才行。首先，这颗行星上一定要有液态水，而且液态水是长时期稳定存在的。以地球为例，行星表面的水存在了数十亿年以上，才能保证生命诞生并演变为高等生命。一颗恒星周围的宜居带有内边界和外边界之分。如果超越内边界，行星过于接近恒星，表面温度就太高了，就像水星那样，不易保持液态水，更不利于生命发展；如果超过外边界，离恒星太远，温度就会太低，水处于冰冻的状态，生命就将无法存在和演化。

在其他星球上，玻璃或许可以被其他透明且耐腐蚀的材料代替。但有些技术，是没法轻易被替代的，比如高速推进技术、太空生命保障系统和星际通信。

在人类科技史上，有一种材料同时承担了对物质世界向上和向下两个方向的探索功能，这就是玻璃：玻璃镜片制作的望远镜提高了天体测量的精度；玻璃制作的三棱镜分解了白光，揭示了物质深层结构的奥秘；显微镜加深了人对生命现象的了解；试管和量杯是化学研究不可缺少的工具……可以说，没有玻璃就不会有科学革命。

8.人类目前这个阶段

上述过程看似简单，却有四道无法逾越的鸿沟。一是自我选择，组成生物大分子的都是非常有限的几种分子。在无机条件下，或者在闪电情况下，或者在热水中，这些分子如何能自我选择，合成DNA和RNA，且把其他的大分子抛弃掉？二是自我复制，DNA、RNA能够复制，能够为下一代遗传下去，这个功能是如何进化出来的？三是分隔结构，细胞膜和细胞内的膜结构是怎么形成的？四是新陈代谢的问题，最早的生物怎样学会吸收外界的能量？

波利尼西亚人的祖先约在2500年前从东南亚陆续迁来，途经美拉尼西亚或密克罗尼西亚，最初定居于社会群岛，尔后散布到广阔海域，北至夏威夷，东抵复活节岛，西南到达新西兰。令人惊奇的是，他们在没有航海图和指南针的情况下，仅仅依靠对水温、波浪的感知和对岛屿相对位置的记忆，使用简陋的船只就完成了征服大洋的壮举。

7.脑量较大、使用工具的动物

对于所有利用反作用力原理推进的火箭来说，反物质是能量密度最高的燃料。1克反粒子与对应的正粒子相遇后，所发生的湮灭反应将释放出相当于4万吨TNT爆炸的能量。42毫克反质子所具有的能量，与航天飞机外贮燃料箱中750吨燃料和氧化剂所含的能量相当。在《星际迷航》中，“企业号”可实现曲速飞行，以超光速抵达宇宙任意一处，都仰仗于它的反物质发动机。此外，反物质发动机的一个好处是反物质的湮灭可以自发产生，不必像核聚变发动机那样需要人为营造高温高压条件，所以反应堆体积可以缩小，飞船重量得以减轻。

地质活动。生命出现后，星球上不宜再有频繁的地质活动。类似木卫一这样的大卫星，受木星强大引力的牵扯，产生了太阳系最活跃的火山，显然不适合生命的发展。

有没有天生就适合星际航行的生物呢？比如像“异形”那样，不怕真空和辐射；或是一种借助光压力飞行于恒星之间的智能微粒。如果没有这样的生物，星际文明的个体在进行长途太空飞行时，就得老老实实地把母星的环境带在身边。这个环境则包括饮食、空气（气压）和重力。

星际冲压推进飞船的速度并非科幻小说《宇宙过河卒》中描写的可以一直加速到接近光速。当高速飞行的时候，巨大的磁场将产生不可忽视的拖滞效应，使飞船根本无法达到接近光速的速度，最多只能达到光速的16%。另外，只有当火箭的速度达到光速的6%时，氢收集器才能收集到足够的氢作为燃料，让发动机开始工作；所以必须配备一台辅助推进器，使它的时速至少达到6480万公里，而如何达到这个速度也是一个不小的技术难题。如同氢弹必须由原子弹做“扳机”一样，星际冲压推进飞船也要以核聚变发动机作为“助推器”。

但是，一旦外星文明形成了类似中国封建社会长达两千年的超稳定社会结构，或者像玛雅文明那样相信时间轮回，避免一切变革，那将造成社会发展的停滞，通往星际文明之路自然就断绝了。

所有的火箭，包括核聚变动力火箭，为了获得更高的加速度，就必须携带更多的燃料，这会使火箭变得更重，反而又降低了加速度。因此，如果真想进行星际旅行，在燃料问题上就应该尽量就地取材。1960年，美国物理学家罗伯特·巴萨德提出的冲压式火箭发动机或许可以解决这一难题。它的原理跟核聚变动力火箭一样，但它并不需要携带核燃料。它首先是将飞船前进方向上的氢物质电离，然后利用强大的磁场吸收这些氢离子作为燃料。由于星际空间中氢物质很少，因此，它的磁场必须足够强，甚至要延伸数百乃至数千公里范围。

什么样的行星或卫星上有可能产生类似地球物种的生命呢？科学家提出了恒星周围“生命宜居带”的概念。所谓生命宜居带，就是指位于这个区域内的星球可以产生生命，并且能够长期维持生命的存在。在太阳系中，生命宜居带就位于距离太阳0.99～1.7个天文单位的宇宙空间。

在科幻小说《三体》中，三体人为了防止人类掌握星际防御技术，采取锁死地球科技发展的措施。由于对物质深层结构的了解会引发物理学革命，是一切科技发展的基础，所以三体人主要限制了人类对物质深层结构的探索。“水滴”“中微子广播”“曲率引擎”等技术都依赖基础物理学的发展。一旦无法从高能物理实验中获得准确数据，物理学家就变成了盲人，永远无法证实新理论正确与否。

智慧生命一旦具备了进入太空的能力，若以每秒60千米的速度飞行，大概在5000万年内就能穿越银河系这样的星系（直径10万光年）。5000万年对于恒星和星系动辄数十亿年的时间尺度而言，只是短短一瞬。我们完全有理由相信，在宇宙诞生后近140亿年的漫长时光中，智慧生命早就把星系踏遍了。也许这些拥有航天能力的文明十分稀有且隔绝，但是只要有一个星际文明有意并且有能力对所在的星系进行改造，人类就有机会看见它们。如果观测的星系足够多，我们理应最终发现智慧加工的痕迹。然而，我们观测的星系越来越多，却只发现一切都是纯天然，这非常让人沮丧。

可以说，月球直接促成了生命从海洋到陆地的发展。月球还是科学发展的天然实验工具。很早以前，古希腊人就从月球的形状出发推测出脚下的大地是球形的。

磁极倒转。地磁场包围着整个地球，就像一把巨伞，保护着地球上的生物免受宇宙射线的伤害。根据各年代岩石磁化的方向，可以推测出地球曾经多次发生磁极倒转。过去1.6亿年间，每百万年磁极有2至6次的倒转，但间隔不等。如果磁极倒转，地球会有一段时间完全没有磁场，这时的地球将完全暴露在宇宙射线辐射下，这将会对生命产生致命影响。部分动物会失去定向能力导致灭绝，生态系统破坏。而且，太阳风中的带电粒子不再有地磁场阻挡，会强烈冲击电离层，引起电离层暴，对无线电通信、卫星、航天设备造成损害。如果在下次磁极倒转前，人类有能力抵御上述不良影响，则有可能成长为星际文明，否则，将被禁锢在地球上。

从无机物到有机物，从有机化合物到有机生命体的演化，每一步都具有无数的偶然性。并不是具备了与早期地球相似的环境和形成条件，就能产生生命。有人曾经比喻说，这些无机物好像一个垃圾堆，里面有塑料、废弃金属、橡胶等垃圾，而最简单的生命，一个单细胞，就像一辆能开动的汽车；在一阵狂风过后，这些垃圾被卷来自动组装成了一辆完好的汽车，因此，生命起源的过程充满了随机和偶然。

拥有基本的环境和生理特征等“硬件”条件后，一个普通文明需要加载什么样的“软件”才能踏上飞向太空的天梯呢？恰当的文化是必不可少的。首先就是拓荒精神。

冰期。对于地球这样表面富含水分的星球，只有融化的水才能成为生命活动的溶质。在40多亿年的地质历史中，曾出现过多次显著降温变冷的时期，也就是冰期。前寒武纪晚期、石炭纪至二叠纪和新生代的冰期，都是持续数百万年的大冰期。冰期改变了全球气候带的分布，导致大量喜暖性动植物种灭绝。对于目前的人类而言，遭遇冰期也是灾难性的，靠天吃饭的农业会被彻底摧毁。

如果把“代达罗斯计划”放在2010年实施，成本估计为40万亿美元。这相当于全世界所有国家的年度GDP总和。能量消耗则占全球一年能源消耗的十分之一。这还只是一个飞掠恒星的不载人恒星际航天计划。对于载人飞船来说，还必须装备大量的防护设施，使乘员免遭聚变反应生成的α粒子和质子的伤害。多出的防护设施和生命维持系统的质量，需要以指数形式增加的额外燃料来推进。

6.多细胞生命

60年后，牛顿提出万有引力定律时，月球同样帮了大忙，为了验证自己关于“引力随距离的平方而减小”的想法，他只能从天体的运动中寻求支持。无疑，只有月球能担此重任。当地月距离和月球公转周期被精确测定后，万有引力理论被证明是正确的。万一地球没有月球这个邻居，在当时的条件下，牛顿没任何办法验证自己理论的正确性，科学的发展可能会延迟许多年。

现在的国际局势已不大可能发生全面核战争，但即便是范围有限的核战争也会造成灾难性后果。核武爆炸后会将大量烟尘物质释放到大气层中，在人口密集地区的上空形成臭氧洞。除了对动植物造成严重危害外，数百万人还将遭受皮肤癌、视力损伤以及其他负面影响的伤害。不只是战争会毁灭文明，工业化造成的环境灾难同样会毁灭文明的根基。人类正在面临全球变暖、物种灭绝等环境危机，如果处理不好，这些危机可能演化为灾难，吞噬人类的健康和积累数百年的工业成就，把人赶回田野讨生活。

近代史上有两次最著名的扩张：一是地理大发现与新航路的开辟，二是美国西进运动。虽然二者都伴随着对落后民族使用暴力，但扩张的根本目的在于开辟市场和生存空间，而不是军事征服。在这两次文明的扩张中体现出的冒险精神和勤劳务实，塑造了今日欧洲海洋国家和美国的民族性格。与之形成鲜明对照的是中国明代的海禁和后来中国及日本的闭关锁国政策。

根据大过滤器理论，一个物种要成长为星际文明，需要通过多种过滤器的检验。这些过滤器就像“筛子”一样，淘汰不合格的生命形态与社会形式。下面，我们将上述9个阶段划分为“环境”“生命”“文化”“科技”四个“筛子”，逐一进行解读。

3.简单（原核）单细胞生命

4.复杂（真核）单细胞生命

文明的第二次“长大”，是发现星际文明“大过滤器”的存在。对人类而言，这件事发生在近几十年间。

文明的第一次“长大”，是发现自己的世界不是世界的中心，对人类而言，这次成长发生在哥白尼时代。

但成功的道路绝非只有一条。纵观人类历史，还有一个民族同样征服了看似无法逾越的天堑，把自己的基因和文化撒播到极其广袤的区域，这就是波利尼西亚人。

进化论告诉我们，殖民者之间的竞争压力能带来可行范围内最大规模的经济增长，因为一旦谁走得慢了、犹豫太久或选择不进行扩张，就会被其他人超越。在不断延长的星际旅程中，将会有不断变快和高风险的殖民探测器被发射出去，一切就是为了尽早开拓那广阔的处女地。

过去二十年间，天文学家共发现几千颗太阳系外行星。不过，绝大多数已证实的系外行星都属于木星这样的巨型气态行星，或者是温度极高、轨道距离母星很近的行星。也就是说，在这些星球上发现生命的可能性非常渺茫。

广义的生命宜居带还涉及恒星在星系中的位置。比如，这颗恒星不能靠近一些太大的恒星，因为大质量恒星演化到最后阶段会发生剧烈的爆炸（新星和超新星爆发），产生强烈的辐射，不利于生命生存。因此，恒星在其星系中的位置也要恰到好处，就如我们的太阳在银河系的位置。

如果宇宙中存在星际文明，哪些科技是他们必须掌握的？

在太阳系里，反物质十分稀少，只能用人工方法制取。目前，通过粒子加速器需花费1000年才能制造出1微克反质子。在人类建造的加速器里，质子束正以每10年4个数量级的速度提高着。有粒子物理学家认为，到了21世纪中期，微克级的反质子产量可能出现指数式增长。而我们现在拥有的反质子数量微乎其微，其湮灭产生的能量连一根火柴都无法点燃。

开展拓殖并不是越早越好。16世纪首批欧洲航海家第一次接触波利尼西亚人时，惊讶地发现，他们既没有织布机、陶器和役畜，也没有铁器。到了18世纪末欧洲殖民者侵入时，波利尼西亚社会还处在原始公社制解体的不同阶段。除了自然条件受限，这也是地理阻隔造成的文化隔离导致的。而在大陆上发展出的文明之间则不会有这么大的差距，在陆地上，任何技术或社会领域的发明都能很快传播开。

最新的研究成果表明，不仅是银河系内，在更广大的宇宙空间中，都可能只有人类这孤零零的一个智慧文明。一个由宾夕法尼亚州立大学的天文学家詹森·莱特领导的研究团队在观测了银河系附近10万个大质量星系后，得出结论：没有一个星系显现出存在发达科技文明的迹象。研究结果发布在《天体物理学》杂志增刊上，这也是迄今为止囊括星系数量最多的一次观测，类似的早期研究只涉及了100个星系。

那么现在的问题是，为何我们还没有发现地外智慧文明，特别是星际文明？

考虑到太空旅行需要跨越的空间距离和时间距离，一旦开启星际移民，人类就会四分五裂。首先分裂的是语言和文化。相隔万亿公里、无线电通信延迟数年的外星球定居点，将产生自己的方言俚语，拥有自己的文化。接下来，就会出现政治和经济的分裂。描写月球、火星殖民的独立战争的科幻小说数不胜数。星际文明时代，与母星距离更遥远的殖民星球独立的可能性更大。历史上，庞大的蒙古帝国之所以迅速瓦解，一个原因就是在通信落后的时代无法对所辖地区进行有效治理。

所以，在航天技术和通信技术尚不成熟时过早地进入星际，只能使母星文化分裂成一个个小碎片。科幻作家阿西莫夫在小说《赤裸的太阳》中虚构了这样一支人类后裔：他们离群索居在遥远的太阳系外行星上，彼此距离甚远，老死不相往来。他们平时交流沟通全靠电话和邮件，以至于面对面交流是一件极其失礼的行为。这部小说探讨了少数人与主流社会在物理上隔绝后，会产生何种奇特的亚文化。这种孤独的亚文化在星际航行时代可能会成为常态。如果各星球（或空间站）之间产生了文化隔离，那么互相理解将变得困难，星际冲突就有可能发生。这就又回到了文明如何避免自毁的问题上。

事实上，技术文明是比较容易被发现的。曾有两位美国天体物理学家在迪拜旅游时受到城市夜色的启发，提出了一个问题：用人类现有的望远镜，究竟能在多远的另一颗星球上看到地球上的一座大型城市？

生命是什么？生命的最基本定义是具有吸收营养、释放废物、生长以及繁殖和进化的能力。很难对什么是营养物、什么是排泄物下定义，因为不同的物种会利用多种多样的能量来源。一个物种的排泄物可能是另一个物种的营养源。

反物质火箭发动机技术的关键点，是保证和提高磁场引导粒子流从引擎喷口逸出的效率。研究表明，一种以正、反物质的混合物作为推进器燃料的火箭，能够以光速的70%左右飞行。这意味着，借助反物质发射火箭，人类前往4.2光年之外的半人马座α星只需要6年时间。由于相对论效应，从地球到半人马座，地球上的时间会过去6年，而旅行者的时钟只过了不到4年半而已。

9.星际殖民扩张

由于上述几种星际推进技术各有优劣和适用范围，真正的星际飞船可能采用光帆、核聚变发动机、反物质发动机混合推进：在距离恒星不远的地方张开光帆，节省燃料；接近巨行星时补充核聚变燃料；最宝贵的反物质发动机只有在关键时刻使用。

美国宇航局太空生物学家卡罗尔·克莱兰提出过一种名为“影子生物圈”的理论。该理论认为在地球或地球之外，存在着不同于已知生物理论的生命形式，与已知生物相比，它们可能有着不同的生物化学和分子生物学特征。这些生物可以是微生物，也可以是智慧体，由它们构成的生物圈就被称为“影子生物圈”。它们之所以没被发现，是因为此前科学家们探索生物世界使用的只是传统的生物化学方法。克莱兰认为，这些生物极有可能生活在极端自然环境或非标准的生存环境当中，如干燥的沙漠、冰原、地下深层、深海海底、高海拔的山顶和高原、高层大气中的颗粒、高辐射环境以及被金属或其他有毒物质严重污染的地方。因此，“外星人”很有可能就生活在我们眼皮底下，只是我们不知道而已。

尽管如此，科学家根据观测结果推算，银河系几乎每颗恒星都有一颗行星环绕，所以整个银河系约有1000亿颗行星，其中，大约有17%——多达170亿颗——是大小与地球类似的行星。那么，这些行星中位于生命宜居带的又有多少呢？答案是约10亿颗。

如果“大过滤器”在宇宙中发挥作用，那些极难通过的死亡之筛是在人类的后面还是前面？也许，只有我们成为星际文明，或者与真正的星际文明实现了接触，这个问题才有答案。

甚至，地球上也许永远进化不出智慧生命：陨星时不时地给地球以致命一击，生命的链条还没延伸到文明阶段就断裂了。或者，随着地轴频繁摆动，大海不时被冻成大冰坨……可能存在着的动物为了适应漆黑的夜晚都长着可以看见红外线的眼睛……

据估计，到2040年，全球制造业工人数量将从现在的1.63亿下降到区区几百万。由于生活必需品的唾手可得，人们有能力选择自己喜欢的生活方式和工作内容。到那时，人类是否会沉溺于安乐窝中，不愿意向充满未知风险的星空迈出一步？

在行星地球上，生命以微生物的形式诞生。然后，生命攀上演化阶梯，有了更大的身躯，拥有了复杂的神经系统，进而构建社会，最终拥有了前往其他行星甚至其他恒星的技术。既然这个过程能在地球上发生，那为什么不能在充满各个星系的数十亿个宜居行星上发生呢？

所以，拥有抵御小天体撞击的天然屏障，也是高等生命进化乃至文明延续的合适条件之一。月球一样的卫星（火星的卫星太小了，就没有这个功能）、大行星（如木星）等像太空中的挡箭牌一样庇护着潜在的星际文明，并静待它们有朝一日改造自己。

以地球人为例，一个容纳1万居民的太空居住地，在大家都吃素的情况下，每年也要消耗1万吨食物。当前，每运送1千克食物到国际空间站，要花费近1.4万英镑（约合13万元人民币）。这么多食物不可能全从地球运过去，必须自给自足。自给自足的最好方法莫过于种植，就像《火星救援》那样。如果太空居住地使用太阳光照明，且光照强度与地面一样，那么，每位太空居民至少需要占地1000平方米的植物来供给口粮，另外还需要50平方米的植被生成氧气供呼吸用。使用人工光照可以减少植物的占地面积，但需要额外的电能。产生人工重力的旋转舱可防止骨钙流失、肌肉萎缩，但对火箭来说是“死重”，得耗费额外的燃料推进。如果船员可以被冷冻起来，到了目的地再唤醒，则可节省大量的生命维持设备，人工重力也不需要了。所以，冬眠技术是一项非常值得开发的太空技术。

月球以柔和的引力（大约1.98x1020牛顿）轻轻牵扯着地球。地球上直接朝向或背向月球的区域被这个力拉起来。如果这个区域是海洋，就会形成潮汐。地球每自转一周，都要有两次潮涨潮落。月潮把富含有机物的海水带到陆地边缘。在远古的海陆交界处，一些喜氧生物顽强地生存下来，成了最早的陆地生物。四亿年前的一天，一条长相古怪的鱼被潮水留在岸上，它拼命地张着鳃，扭动着身体，终于跳回了海洋。后来，它的后代渐渐能适应了短暂的陆地生活，直到有一天它们深入岸上太远，以致无法返回海洋。这些早期的两栖动物，就是包括人类在内的所有陆生脊椎动物的直系祖先。

半个多世纪以来，一些有着科幻头脑、相信外星人存在的天文学家自发地组织起来，开展了一个名为“搜索地外智慧文明”（简称SETI）的天文观测项目。SETI旨在寻找宇宙中的智慧文明。这些天文学家认为地外智慧文明会利用无线电甚至激光脉冲与外界沟通，它们或许正在尝试与其他星球上的文明取得联系。遗憾的是，迄今SETI项目并未寻获任何来自外星文明的信号。也许银河系中遍布简单生命体，但能与人类聊天的外星邻居却一个也没发现。

1973至1978年，英国星际学会组织开展了一项名为“代达罗斯计划”的核聚变星际飞船研究，该计划设想用无人飞船对另一个恒星系统进行飞掠式的快速探测。这艘星际飞船长190米，由两级构成，竖起来有60层楼高。第一级发动机直径达100米，是半球状结构；发动机内壁排列着75支电子枪，用以发射电子轰击发动机中心的核燃料球；其每小时的聚变能量输出相当于100万吨TNT。

工程师面临的另一个挑战是，如何在狭小的空间里储存足够多的反质子，因为反质子能湮灭普通物质。显然不能将它们存放在实体容器中，它们必须借助电场和磁场加以保存。

其次，星际文明必然会建造并操纵宇宙飞船，而且飞船可与母星保持通信联系。这就使水生生物自主进入太空的可能性大大降低。以地球的经验看，水生生物一般不具有灵活的肢体，使得它们使用和制造工具的能力大打折扣，自然也就无法建造复杂的航天器。而且在水中进行物理、化学实验将十分困难，水生生物发展出自然科学简直是不可想象的任务。人类直到18世纪才发现空气的存在，水生生物要发现水的存在也绝非易事。科学家推测木卫二欧罗巴上可能有海洋生物甚至鱼类的存在，但它们的确不适合进行太空探险。

核聚变是人类目前掌握的最大的能量来源，它可以使飞船实现0.1倍光速下的近距离恒星间百年往返。

星际文明是能够进行太空旅行的种族，他们对向上和向下两个方向的自然规律必然有精深的理解。向上，需要理解天体运行规律，这样飞船才能在星体复杂的引力场中穿行；向下，需要掌握物质的微观结构，这样才能运用蕴含在亚原子粒子中的力量，推进飞船前进。

也许拥有得天独厚资源的外星文明可以更轻松地进行星际航行。2011年，约瑟夫·布里登博士提出了“无引擎星际飞船”的想法。他提出，在星体间混乱的引力场中，有时一些恒星将被高速抛出。他认为同样的原理可以应用在推动飞船航行上。首先，找一颗近距离接近太阳并以椭圆轨道运行的小行星，然后发射一艘围绕该小行星运转的星际飞船。如果该小行星能够在靠近太阳的新轨道上被捕获，那么该艘飞船将会被抛掷到星际轨迹中，它的速度很可能达到光速的十分之一。小行星以及飞船之间的混沌动力学，使得小行星的全部能量转移给飞船进而成为飞船的驱动力。这个“借力”原理有点类似电影《星际穿越》中，飞船借助黑洞引力加速回航。

曾在20世纪90年代采用不同的方法探寻过100个邻近星系地外文明信号的詹姆斯·安尼斯怀疑，被称为“星际生命杀手”的伽马射线暴曾一度在宇宙中随处可见，这些致命射线摧毁并抑制了高级文明的发展。如今宇宙间的伽马射线暴有所平息，于是地球人类恰巧处于了智慧文明发展的“起点”之上。

5.有性生殖

2.可自我复制的分子（比如RNA核糖核酸）

宇宙诞生以来，曾有多少文明兴灭？

星际文明一定具备恒星际航行的能力。在距离太阳15光年范围内，有32个恒星系统；100光年范围内大约有600个。迄今速度最快的载人航天器是“阿波罗10号”飞船，最高速度达到了每小时39895公里，但即使以这个速度飞行，到达距离地球最近的恒星系统——4.2光年远的半人马座α星——也需要12万年的时间。假设星际文明的个体寿命是人类的一倍，达到200年的量级，一次可接受的往返星际航行应该在100年内完成，否则，船员的教育和退休生活都要在飞船上进行。

一颗远近适度的卫星还能召唤文明走出摇篮，迈向星际。中国古代就有嫦娥奔月的神话，科学先驱开普勒、伽利略也把月球设想为人类飞天的第一站。月球既不远得难以到达，也不近得一蹴而就，它只等待那些科技水平足够高的智慧生命来触摸自己。就像阿瑟·克拉克在科幻小说《岗哨》中说的那样：“只有当穿越太空，逃离人的摇篮地球，以此证明自己适合于生存下去的时候，星际文明才会对我们的文明感兴趣。”登月的成功使人类对自身的力量有了新的认识。如果月球不存在，面对茫茫繁星，人类敢于贸然登临遥远的火星或金星吗？也许不会。月球以及火星是地球人迈向星际的跳板，是通向宇宙的桥梁。通过登陆这些星球并尝试在上面生活，文明可以实现星际航行的技术积累。

自然资源。人类使用的所有资源几乎都取自地球本身，即便是太阳能也大量以化石能源和风能等形式存在。所以，一颗星球上的资源如果无法支持文明扩张到另一资源地，那么这个文明自然没有可能进化为星际文明。

同理，那种水母状的空中漂浮生物也难以冲出大气层。生活在类木行星上的充气生物在阿瑟·克拉克等人的科幻小说中曾有提及。霍金就认为，气态星球上可能存在水母状的巨型浮游生物，它们像吹胀的小型飞船那样飘在气体中，以吸收闪电的能量为生。