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                    科學課科學連線
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                    科學連線第一期:尋找地外生命
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                    2019-09-16 17:29:41
                     演講科學家:保羅·戴維斯(Paul Davies),亞利桑那州立大學宇宙學家、BEYOND研究中心主任

                    特邀嘉賓:李珊珊,任職于國家天文臺,從事天文數據分析天文科普教育工作,也是國際天文學聯合會(IAU)數據驅動的天文科普教育(DAEPO)工作組成員。

                    時間:20181020

                    地點:中國科技館206報告廳

                     

                    科學連線是由中國數字科技館和《環球科學》雜志聯合推出的前沿科學系列講座,主辦方將邀請世界知名科學家通過視頻連線或現場演講的方式,為現場觀眾帶來精彩演講。同時,主辦方還將邀請一位國內學者作為特邀嘉賓出席,與國外知名科學家對話,幫助觀眾更輕松、更深入地理解前沿科學。

                    每一期活動結束后,我們都會上傳科學家的演講視頻,整理科學家的演講實錄,供廣大科學愛好者觀看和閱讀。下面是科學連線第一期的演講科學家保羅·戴維斯演講內容。

                     

                    主題演講部分:

                    大家早上好!我是保羅·戴維斯(Paul Davies教授,現在亞利桑那州立大學的辦公室,這里是晚上。我很樂意和大家討論尋找地外生命的話題。

                    人類是不是宇宙中唯一的智慧生命?自古以來人類就有這樣的疑問。大約在2000年前,羅馬帝國的詩人、哲學家盧克萊修提出,在宇宙其他地方,會存在另一些世界,在那里有不同種類的人,不同種類的野獸。但他的這種推斷是哲學意義上的,而不是科學層面上的。

                    當我還是學生的時候,大概是上世紀60年代,人們認為地球之外是不存在生命的。倫敦一個著名的科學家弗朗西斯·克里克,他發現了DNA的雙螺旋結構。他說,生命就是一個奇跡,它需要很多必要條件。法國的一個生物學家莫諾,他也認為在地球之外是沒有生命的。他說,人類最終會認識到我們在宇宙中是孤獨的,我們的出現只是偶然。

                    當我年輕的時候,我經常想有地外生命存在,周圍的人認為我是瘋子。隨著時間的推移,到了90年代,關于有地外生命的話題開始流行起來。NASA1998年成立了天體生物學研究所,它的目標就是去尋找地外生命?,F在,尋找地外生命最容易的做法就是在我們的太陽系尋找。

                    金星是八大行星中與地球比較相似的,但金星的表面溫度太高,對生命而言,條件比較苛刻。現在有種說法是,金星大氣中存在生命。實際上,火星上存在生命的說法在當下非常流行。19世紀時,就有人認為火星上會存在生命,甚至是智慧生命。1894年,一個叫洛厄爾的美國商人在亞利桑那州建立了天文臺,他就在這里用望遠鏡觀測火星。這是一張當時繪制的火星地圖,這是用比較簡陋的望遠鏡觀測的,可以看到火星表面很多的線條,他就認為這是火星智慧生命挖掘的渠溝,因此他認為火星上是有智慧生命的?,F在我們知道這只是他的想象。1976,NASA發射了兩個探測器海盜號,看到了火星真實的樣子。實際上火星表面都是沙漠,溫度也非常不適宜,因此不可能有生命存在。然而仍有科學家認為,在火星表面存在微生物。海盜號取樣了火星的地表土壤,進行測試,確認在火星表面也沒有微生物的存在??茖W家并沒有放棄。他們在研究火星表面的形態時發現,火星表面很可能在很久以前存在水,大約是在30多億年前。有的科學家覺得在火星地表下200存在微生物,但這也只是科學家的猜測。

                    其實關于火星上存在微生物的說法并不異想天開。地球經常被一些小行星撞擊,由此產生的微量石塊就可能攜帶著地球上的微生物飛到火星。同樣,火星上的石塊也有可能受到撞擊飛到地球上。因此,火星和地球在歷史長河中發生了物質交換。這張圖片其實就是火星石塊的一個樣品。這塊隕石非常有名,它是在南極發現的一塊火星隕石。1984年人們聲稱在其中發現了火星細菌化石,后來受到了一些質疑,目前已經被否定了。

                    實際上,火星和地球這種隕石交換也影響了科學家尋找地外生命。有可能科學家發現了一種火星生命,但其實是來自于地球,而不是真的地外生命。為了尋找地外生命,我們需要往太陽系深處走一走。讓我們談一談木衛二歐羅巴,雖然木星上被認為不可能有生命,但是它的衛星存在可能性。歐羅巴的表面被冰層覆蓋,但我們在冰層的下面發現了液態水??茖W家希望在冰層下方20千米30千米處有新的發現。為什么木衛二上面會有液態水呢?因為它離太陽比較遠,是一個非常寒冷的星球。同時,歐羅巴圍繞木星轉動時產生了一種潮汐力,可能使得星球產生一些熱量,從而存在液態水。

                    這張照片是卡西尼號飛掠土衛二時拍攝的照片,土衛二表面有一些氣體的噴濺??ㄎ髂崽?/font>從中探測到了有機物。當然,存在有機物并不意味就存在生命,不過這仍是一個好消息,給了科學家一些希望。

                    如果把視野再往外一點,我們可以尋找太陽系外可能存在生命的星球,它們也被稱為系外行星。目前,科學家發現了幾千顆系外行星,還希望能有新的發現。你們有些人知道宜居帶的概念。在這些發現的系外行星中,特別引起關注的是位于宜居帶的行星。當一個行星與恒星的距離比較合適,使得水可以以液態形式存在,那么這種星球更值得我們關注,因為水是生命的基礎。開普勒-22b星球的大小和地球比較接近,我們期待下一代的望遠鏡能不斷去發現這樣的星球,并有能力去分析它們的大氣成分,從而給我們更多的信息。

                    研究物種起源的達爾文說,他并不愿意去思考生命起源的問題,而更愿意去研究物質的起源。如果連物質從無生命到有生命的過程是如何轉化的都不清楚,那我們更無法知道這種事情發生的幾率有多大。實際上,現在也有一種說法認為,地球上的生命可能起源了不止一次。科學家提出了影子生物圈的說法,也就是現有的微生物也許和現在主流的生命有著完全不同的生物化學過程,也有可能是另外生命起源的產物。

                    我們現在不僅是尋找地外生命,而且也在去尋找地外的智慧生命。人們希望知道宇宙中我們是不是孤單的存在,是否有別的生命和我們分享宇宙。

                    尋找地外智慧生命的項目最早開始于1960年,弗蘭克·德雷克(Frank Drake教授創建了尋找地外智慧生命的項目SETI。SETI主要使用無線電波尋找地外生命??茖W家認為,如果一個種族發展出了智慧,發展無線電波是他們的必經之路。目前,中國建成的500米口徑球面射電望遠鏡FAST的科學目標最早也是希望可以接收宇宙中的無線電波來發現地外智慧生命。實際上,我們建立再大的裝置,也只能被動接收無線電波,而且是地外生命定向發給我們的。然而問題就是,外星人怎么知道我們可以使用無線電信號,然后要給我們發送無線電信號呢?像他們看見了長城,但是他們怎么知道我們能接收無線電信號?地球上的無線電信號達到的最遠距離也就是100光年,可能更早人類還沒有這些能力去向外發射任何信息。無線電信號是宇宙中已知最快的速度,也就是說在這個范圍外,還沒有辦法傳播信息出去。

                    科學家嘗試轉換思路,去尋找看上去不太像自然形成的結構,那么就可以表明宇宙中存在生命去修建這些結構。其中一個比較吸引人的說法就是,在1960年左右,一個叫弗里曼·戴森Freeman Dyson的科學家,他認為如果存在地外智慧生命,而且智慧程度非常高的話,他們就有可能去開采恒星能源,去修建一個包裹著主恒星的人造天體,他稱之為戴森球,現在這個概念科幻中非常流行。也有些科學家討論宇宙建筑學,他們認為地外智慧生命可能不僅會改造恒星本身,而且會改造生存的整個恒星系統。去年的時候,Tabby女士提出一個非常令人激動的想法,是關于地外行星的發現。作為行星捕手(Planet Hunters項目的一部分,科學家發現恒星亮度有很大的不規則變化,這就讓人聯想起這是一種非自然的現象,很多人就把這和戴森球聯系起來,認為有可能是智慧生命在恒星周圍建立一個大的建筑。

                    其實,我們尋找地外生命的難點就在于我們根本不知道應該找什么?;仡櫲祟?/font>科技的發展,就會發現人類經歷了很多歷史階段:從最開始的石器時代,到近代大型離子對撞機。人類的科技將在未來幾千萬年內如何發展,我們自己也沒有一個準確答案。假設如果有一個這樣比我們更高級的外星文明,它又將如何發展,人類又該如何找到他們,我們同樣也沒有答案。所以很多人也會疑問,既然這么虛無縹緲,為什么還要去尋找地外生命呢?然而,我認為我們應該繼續去尋找。尋找生命或者智慧生命是非常重要的,因為尋找這些生命本身也是審視我們自己的過程,而且這種項目實際上是激勵年輕人學習科學非常好的方式。

                    最后,我希望用德雷克的一句話作為結尾,SETI是一個尋找地外文明的計劃,這其實也是在尋找我們自身,去發現我們是誰,在宇宙中該如何自處。


                    對話部分:

                     

                    李珊珊:據我所知,人類不僅僅在接收信號,同時也在發送信號,比如使用世界上非常強大的射電裝置定向的發射信號,是這樣嗎?

                    保羅·戴維斯:是的,人類向太空發送消息。但目前存在一個爭論,就是說我們是否應該向外傳遞信息。在我看來,這種擔憂其實是必要的。就像現在我們的對話,我在做報告,這些信號都有可能在某個時刻被接收機收到。如果有地外生命存在,即便我們不對外發射信號,他們也有可能收到人類日常生活中的信號。

                     

                    李姍姍:教授,您是否覺得我們對外發射信號是一種危險的行為?就像霍金說,科學家不應該這樣做,會給自身帶來危險。

                    保羅·戴維斯:是的,霍金是這樣認為的。實際上并沒有什么關系,地球已經存在這么久,如果真的有高智慧生命來找麻煩的話,不用等到現在。

                     

                    李姍姍:我對您提到的Tabby星很有興趣。據我所知,它是一個公眾科學項目。您能介紹一下嗎?

                    保羅·戴維斯:是的,這個恒星是通過開普勒衛星研究的,開普勒衛星一直在尋找地外行星。我不清楚Tabby是不是知道這個恒星的怪異之處,我也不太清楚它具體是怎么被發現及命名的。

                     

                    李姍姍:我看見您和她在一起進餐的照片,你是否和她討論過? 

                    保羅·戴維斯:我認為這其中有比較有趣的故事,所以邀請她來亞利桑大州立大學做報告。同時還有另一位科學家做關于Tabby星的報告,照片就是在報告后我們共進晚餐。雖然我覺得大多數人不會因為這個,就認為存在智慧生命,但我仍然認為這是一個重大發現,雖然有很多地方我們還不清楚。

                     

                    李姍姍:我覺得這種現象可能在人類歷史中發生過。就像您之前提到火星,因為沒有足夠好的望遠鏡,僅憑借觀察到的渠溝而認為有智慧生命。但當我們之后有能力登上火星時才發現事情真相。因此,也許以后我們有足夠好的設備,我們就能弄清楚Tabby星發生了什么。

                    保羅·戴維斯:是的,其實這顆恒星本身也有一些奇怪的光電效果,我們也討論了這點。

                     

                    李姍姍:我還想問一個關于SETI的問題。據我所知有一個SETI at Home的項目,目前這個項目仍在繼續嗎?是否有相似的項目可以讓更多的人參與進去?

                    保羅·戴維斯:是的,仍在繼續,但知道的人已經很少了。

                     

                    觀眾提問部分:

                    觀眾1: Davies教授,你好。我很好奇,當我們找到外星人時,應該怎么做。我知道,如果他們跟我們居住的環境相似,我們可以去拜訪他們,跟他們一起生活,但如果他們只是細胞呢?或者他們很高級,想殖民我們呢?

                    保羅·戴維斯:你問了一個很好的問題。如果確實有外星智慧生物,我認為他們會按照自己的生活方式生活,并且離地球很遠,而不會出現在我們所在的太陽系。他們很可能生活在很多光年以外,甚至上百、上千光年以外,所以,我們很難去他們那里,他們也很難到我們這里,我們會相隔得很遠。這里還有一個問題,不光是距離的問題 ,還有時間的問題。不管是什么外星生命,都有可能比我們先進,可能先進幾百年,甚至幾百萬年,我們真的無法想象,這樣的外星文明會是什么樣子,他們將與我們非常不同,就像我們與螞蟻不同一樣。真的很難想象,我們能否與他們進行有意義的溝通

                     

                    觀眾1要是外星人想要殖民我們該怎么辦

                    保羅·戴維斯:很多人都害怕這一點。但是如果外星人想要殖民我們的星球,那為什么他們還沒來呢?如果我們附近有這樣的外星文明,他們也許早就來了,他們沒理由在剛好有人類的時候才來這里。我認為如果外星人想要殖民我們的星球,這早就該發生了,但也有可能他們一開始沒找到我們,但是如果他們有非常先進的技術,他們可以用飛船穿越星系,他們就肯定能發現地球上的生命,就像我們在尋找其他行星上的生命一樣。他們肯定有非常先進的儀器,可以看到我們的星球,可以看到上面的生命。如果他們想要來到我們的星球,他們可能很早就來了。

                     

                    觀眾1如果這樣的危險確實存在,為什么還要尋找地外生命?

                    保羅·戴維斯:我們不應該為此。因為如果外星人比人類先進很多,那么他們想什么時候來地球就什么時候來,在地球4.5億年的歷史上,人類只是存在了幾百萬年,如果外星人想奪取我們的星球,他們什么時候都可以,但是他們沒來過,所以我認為沒有危險。他們沒理由因為人類出現才過來。

                     

                    觀眾2除了FAST射電望遠鏡,還有詹姆斯·韋伯太空天文望遠鏡、TESS項目,這些項目都是用來尋找外星人的嗎?

                    保羅·戴維斯:詹姆斯·韋伯天文望遠鏡是為了代替太空中的哈勃望遠鏡,并且功能更加強大,}它的主要功能就是宇宙學方面的,用來研究宇宙的大尺度結構,并不是主要用來尋找地外生命,只是可以用來尋找地外生命。我認為在尋找地外生命,更有機會的是新一代地面望遠鏡,它們將能夠分析系外行星的大氣層的成分,這才是最有可能檢測到生命的方式。通過觀察跟地球相似的行星圍繞另一個恒星運行,分析它的大氣層,看里面是否有氧氣,再過20年,我們就能這樣做了。我應該提一下,除了光學望遠鏡,比如詹姆斯·韋伯望遠鏡和下一代地面光學望遠鏡,還有一種新的無線電系統,叫做平方千米陣列,有一部分位于南非,還有一部分在澳大利亞,合起來總共的面積是1平方千米,它不僅為天文學帶來了新的可能,它也將有助于SETI項目,因為在原則上,這樣一個儀器系統將有能力搜尋更大范圍的頻率、更廣闊的太空。但我也要指出,它每天產生的數據量相當于互聯網上的所有數據,所以分析這些數據是一項很大的挑戰。

                     

                    觀眾3你在PPT中引用了達爾文的一句話,提到了物質的起源,這方面的科學研究進展如何?目前是什么狀態,有什么發現嗎?

                    保羅·戴維斯:我常常說今天我們已經明白了物質的起源,我們不知道生命的起源,但我們已經知道了物質起源于大爆炸,所以我知道能量能產生物質。它發生在粒子加速器中,比如大型強子對撞機(LHC,它位于瑞士,在里面,質子一圈一圈地加速,當它們碰撞時,就會產生很多其他粒子,所以我們現在已經能夠用能量來制造物質。然而,當我們制造物質時,我們總是制造出相同數量的反物質,所以一個謎題就是,為什么大爆炸只產生了物質,去沒有產生反物質,這個問題還沒有得到解決。

                     

                    觀眾4教授你好,我有一個問題,您覺得發現地外智慧文明是好事,還是壞事,它對人類的未來有什么影響?即便他們不會殖民我們。有一個理論說,可能存在一個大過濾器。如果大過濾器在我們前面,那意味著如果我們發現了外星文明,它將為人類帶來災難。如果我們沒有發現外星文明,這意味著大過濾器已經在我們身后,我們就是安全的,這就是我的問題,謝謝。

                    保羅·戴維斯:如果宇宙中確實沒有其他的智慧生命,將有兩種可能,一種就是生命很容易開始,但文明很難出現。在這種情況下,我們應該對未來保持樂觀,因為我們是罕見的文明,沒理由不繼續繁榮。但是還有一種可能,就是生命很容易開始,智慧也很容易產生,也有很多文明曾經出現過,但他們在很短時間內就將自己毀滅了,所以沒找到地外文明,不是因為它很罕見,而是因為他們沒能持續很長時間。我們不知道哪一種可能是真的,但是如果我們發現,生命的起源是非常罕見的,對我們來說確實是好消息,但是如果發現生命的起源是非常容易的,那就是壞消息,因為那樣的話,就應該存在很多地外文明。大致上就是這樣,我也不知道哪一種是正確的,我自己也不知道生命的起源是容易的,還是困難的。

                     

                    觀眾5教授你好,我有一個問題,我們知道在通話中,我們會加密信息,來保證通信安全,這樣其他人就知道我們在說什么。如果我們從太空中接收到這樣的加密信息,我們就知道它可能是來自外星文明,但是如果我們沒有相同的通話協議,我們又怎么知道他們在說些什么呢?

                    保羅·戴維斯:謝謝你的提問,這是一個非常有趣的話題。在地球上,我們理解彼此已經夠費勁了,比如中國,還有西方文明,我們有很多誤解和,雖然我們是同一個物種。試想一下,跟另一個物種交流又該有多難,我們會有任何相同之處嗎?我們也許會遇到這樣一個物種,它有著完全不同的神經元結構,也就是說,它們的大腦會跟我們的完全不一樣,但是,我們很可能有一個共同點,那就是數學。因為,每個人的數學都是一樣的,在宇宙各處都是一樣的,它不取決于文化,不取決于語言,它在哪里都是一樣的,所以,我認為跟外星人的交流應該是從數學開始。還有物理定律,它們也是用數學來表達的。我舉個例子,有一個數,物理學家把它叫做宇宙精細結構常數,它是一個純數,來源于量子力學和電動力學,如果你了解量子力學和電動力學,你就應該知道這個數字。如果我們把這個數字發送給外星人,他們馬上就能知道我們的文明程度,知道我們對世界的了解程度,所以說,這樣的數字是宇宙的通行語言,所以,這樣的溝通是完全獨立于文化的。

                     

                    觀眾6如果我們在另一個星球上找到了外星人,它需要哪些基本條件呢,外星生命的存在需要哪些條件?

                    保羅·戴維斯:這里面有很多討論,比如當我們第二天收到外星文明的信息,我們應該怎么辦?我正好是考慮這一問題的委員會里的成員。我個人的觀點是,我們不應該害怕告訴公眾,我們在宇宙中不是唯一的,但我們在回信的時候要特別小心,我們需要考慮所有人的建議。我認為我們首先應該做的是向全世界公布,我們發現了一個地外文明,但我們也要告訴所有人,我們接下來要小心行動。目前國際上還沒有統一的看法。

                     

                    觀眾6不好意思,我剛才沒講清楚,剛才的問題是,系外行星上需要哪些元素,生命才能存活,比如那里需要有氧氣,或者需要有水。

                    保羅·戴維斯:這是另一個難題。很多人認為,發現有氧氣就已經足夠了,但實際上并不是這樣。有些物理過程也能向大氣中釋放氧氣,但是如果發現了混合氣體,比如氧氣和甲烷,那就很難解釋它們如何共存,如果不是有生物在不斷補充這些氣體的話。所以可能有什么東西在持續補充甲烷,比如一些微生物,所以這兩種其他能夠同時存在,所以可能不只需要一種氣體,可能需要好幾種氣體。

                     

                    主持人:保羅·戴維斯教授,你想向我們介紹一下超越中心嗎?

                    保羅·戴維斯:超越中心位于亞利桑那州立大學,研究科學里面的重大問題,比如宇宙的起源、生命的起源和意識的本質以及我們在宇宙中是否是唯一的,還有時間旅行真的存在嗎。我們研究的就是這些問題,我們有一個研究生命起源的大型項目,作為我們的主要工作。我們還研究癌癥的起源,因為我們認為它對于理解生命的起源很重要,所以說我們這里的科研活動挺多元。你們當中的有些學生可能會在2月份來這里參觀,跟著一個中國的科學冬令營,如果你在那里,我們將歡迎你們過來參觀。好了,我覺得是時候說再見了。

                    保羅·戴維斯:我能再說一句嗎?我看到觀眾中有很多小朋友。我想說的是,這個世界需要科學家,我希望你們中的有些人能考慮選擇科學作為自己的事業,它將是你生命中的一個美妙選擇。我在你們的年紀時,做出了這樣的選擇,我絲毫不感到后悔,選擇科學生涯真的令人激動,所以,請努力學習,完成作業,通過考試,然后成為一名科學家。因為我們需要你。

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