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生命的界限

2014-12-25 09:51 作者:苗千来源:三联生活周刊 2014年第52期
距离银河系中心1万光年的范围内,因为频繁的伽马射线爆发,都很难有生命存在,因此生命更有可能出现在星系的边缘(地球就位于银河系的边缘,距离银河系的中心大约有2.7万光年的距离)

美籍意大利裔物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)1950年曾经提出了一个著名问题,后来被人们称为“费米悖论”,问题的大意是,考虑到宇宙惊人的年龄(大约为137亿年)和数目众多的星系,宇宙中早就应该遍布着生命现象,那么为什么人类至今也没有发现在地球之外的任何生命形式?

对于这个问题,半个多世纪以来人类一直没有找到合理答案。考虑到人类科学水平进步的速度,如果银河系内的其他行星也存在生命的话,只要他们比人类早发展几百万年,也早就应该有了惊人的科学成就,即使不能漫游银河系,起码也可以让人类发现他们的存在。那么,他们究竟在哪儿?科幻作家刘慈欣在他的小说《三体》中针对这个问题,提出了一个“黑暗森林”假设,说宇宙中高度发达的文明都在尽量隐藏自己的存在,以免被其他文明消灭,但这毕竟只是小说家的幻想。

美籍意大利裔物理学家恩里科·费米

美籍意大利裔物理学家恩里科·费米

 

那么,地球上的人类文明,是否是宇宙中独一无二的存在?对于这个问题人类显然还没有明确的答案,但是最近,两位物理学家的研究很可能为解决这个问题提供了一个重要的新思路。2014年12月5日,以色列希伯来大学的物理学家斯维·皮兰(Tsvi Piran)和西班牙巴塞罗那大学的物理学家劳尔·希梅内斯在《物理评论快报》(PRL)杂志上发表论文《伽马射线爆发在宇宙生命灭绝中的可能角色》(Possible Role of Gamma Ray Bursts on Life Extinction in the Universe),探讨宇宙中的生命为何如此稀少。两位物理学家认为,即使在宇宙中的其他行星上可能出现和地球类似的生命形式,无处不在的伽马射线爆发也有可能会对脆弱的生命产生毁灭性的打击,这有可能是宇宙中生命现象如此稀少的一个主要原因。生命的产生,不仅需要一个稳定的恒星,一个环境适合的行星,这个系统形成的时间,以及它在星系中的位置也对生命的出现至关重要。

大约每一天在宇宙中的某处都会发生一次伽马射线爆发,这种现象堪称宇宙中最绚烂的焰火,但是它给周围可能存在的生命带来的是毁灭。人类在20世纪60年代才发现了这种现象,对于它发生的原因至今还不大清楚,伽马射线爆发释放出的能量相当于几千个地球在几秒钟内被蒸发。在刚刚发现伽马射线爆发时,人们认为这种现象都发生在银河系内部,否则这些伽马射线很难穿越遥远的星系到达地球,但是随后人们发现,观测到的大多数伽马射线爆发实际上都来自于其他星系,其中一些甚至来自于宇宙中最遥远的星系。目前探明的距离地球最近的伽马射线爆发也距离地球有1亿光年的距离,有些探测到的伽马射线爆发甚至距离地球有数十亿光年,难以想象当时爆发所蕴含的能量。

人们目前认为,恒星的死亡造成的引力坍塌,或是两个致密天体(比如中子星)的碰撞合并,都可能造成伽马射线的爆发,在短短十几秒内就有可能发射出太阳一生中所发射能量的总和(太阳的寿命约为100亿年),而这对于附近的生命来说是灭顶之灾,一场伽马射线爆发可能会造成它周围几光年内所有生命的灭绝。生命非常脆弱,人类只能在环境非常类似地球的行星上生存。这两位科学家证明,因为宇宙在不断膨胀,此前宇宙中星系比现在更加致密,宇宙中的伽马射线爆发也更加频繁,因此在任何区域都无法存在生命,直到50亿年前,生命才有可能出现。在星系的核心区域,因为恒星的密度更高,伽马射线爆发更为频繁,因此生命存在的可能性也就越小。银河系内25%的恒星都聚集在距离银河系中心6500光年以内的区域里,在这个区域内,过去10亿年内有95%的可能曾经遭受过致命的伽马射线爆发的袭击。距离银河系中心1万光年的范围内,因为频繁的伽马射线爆发,都很难有生命存在,因此生命更有可能出现在星系的边缘(地球就位于银河系的边缘,距离银河系的中心大约有2.7万光年的距离)。

一场大规模的伽马射线爆发,可能会灭绝周围5000光年范围内的生命,而较小规模的伽马射线爆发造成威胁的范围也相应较小。根据建立的数学模型计算,在此前的10亿年内,地球有60%的可能性曾经遭受伽马射线爆发的袭击,而在之前的50亿年内,地球有90%的可能性曾经遭受伽马射线爆发的袭击,这可能造成地球上的生命大灭绝(太阳系自身的年龄大约为46亿年)。

在论文中,两位作者利用数学模型计算,如果在地球附近的一颗超新星发生爆炸,发生了一场剧烈的伽马射线爆发,超高能量的伽马射线会使地球的大气层顶层发生电离,摧毁地球的臭氧层,人类也就失去了臭氧层的保护,这将使地球表面的生物受到来自太阳紫外线长达几个月的照射,生活在地球表面的生物都将灭绝。对照地球上曾经发生过的5次生命大灭绝的时间,其中最早的一次,在4.4亿年前地球上发生的奥陶纪大灭绝就有可能是由伽马射线爆发引起的生物灭绝,因为生活在地球表面的生物被灭绝的数量远多于地球内部的生物被灭绝的数量。

伽马射线爆发的时间以两秒钟为界限,分为长、短两种,长时间的伽马射线爆发的毁灭性远大于后者。也有科学家认为,在银河系中存在相对较多的金属元素和其他较重的元素,在这种条件下发生毁灭性伽马射线爆发的概率较低。长时间的伽马射线爆发更有可能发生在金属含量较低,主要是氢和氦元素组成的星系中。

关于宇宙中伽马射线爆发对生命现象的毁灭,虽然还无法完全解决费米悖论,但是已经给人们提供了一个新的思路,认识到在极大的时空尺度下,宇宙环境对于生命来说可能是极为危险的,生命现象即使出现,也有可能一再被毁灭。但是生命的定义是什么?生命的形式是否是单一的?这就是由费米悖论所引发的另外的疑问了。

地球上的生命无法抵挡伽马射线爆发的威力,但是起码可以探测在宇宙中的哪些区域发生过这种“天灾”。2004年,美国航空航天局发射了SWIFT伽马射线爆发探测器,如今已经在近地轨道上工作了10年,它携带着三组工具,可以自动探测和记录宇宙中的伽马射线爆发事件,然后在几十秒内迅速确定爆发的方位,之后把数据传回地球。至今为止,它已经记录了宇宙中超过900起伽马射线爆发事件,所幸全都发生在距离地球遥远的地方。如果说伽马射线爆发是一场焰火,人们只是在安全的地带发现了焰火的余晖而已。

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