问题

理论上是否能够存在凭借自身能力进行星际旅行的生物?

回答
关于生命能否凭借自身能力实现星际旅行,这是一个引人入胜但同时也充满挑战的科学猜想。从理论上讲,如果我们将“凭借自身能力”理解为不需要借助外部人造技术(如飞船),而是生命体本身就演化出了适应星际环境并进行长距离移动的机制,那么我们可以从生物学、物理学和天体生物学等多个角度来探讨其可能性。

首先,我们需要明确“星际旅行”的尺度和难度。星际空间并非真空,其中充斥着辐射(宇宙射线、太阳风等)、极低的温度、微小的尘埃粒子、以及在某些区域可能存在的星际气体。更关键的是,恒星之间的距离极其遥远,即使是最近的恒星系统,也需要以接近光速的速度飞行数年才能抵达。

生物适应性进化:超级生命体的构想

理论上,一个生命体要能在星际环境中生存并进行长距离旅行,它需要克服一系列巨大的挑战:

极端环境的耐受性:
辐射防护: 星际空间充满了高能粒子辐射,对生物的DNA和细胞结构具有毁灭性。一个能够星际旅行的生物可能需要发展出异常强大的DNA修复机制,或者拥有能够吸收或偏转辐射的生物屏障。比如,某些地球上的细菌(如嗜盐古菌中的Deinococcus radiodurans)已经表现出惊人的抗辐射能力,但与星际辐射的强度相比,这可能只是冰山一角。这种生物或许能演化出类似“生物铅衣”的皮肤结构,或者其遗传物质本身就对辐射免疫。
温度适应: 星际空间的平均温度接近绝对零度,但也可能经过恒星或星云时遇到高温。生物需要能在极冷极热的环境中保持其生命活动。这可能意味着它需要极低的代谢率来减少能量消耗,同时又能在需要时迅速激活能量系统。或者,它可能演化出一种休眠或类晶体化的状态,在极端条件下暂停生命活动,并在适宜环境中苏醒。
真空生存: 虽然宇宙飞船内部需要加压,但如果生物直接暴露在真空下,它需要有能力维持内部的压力和防止水分蒸发。也许它的身体结构能够形成一个密闭的系统,或者它根本就不需要液态水来维持生命活动。

能量来源和维持:
高效的能量转换: 要维持生命活动并进行长距离移动,生物需要一个极其高效的能量来源。太阳能是可行的,但星际空间中的太阳光强度远不如行星表面。它可能需要演化出比植物光合作用更有效率的“光合作用”机制,能够捕捉微弱的星光。另一种可能性是生物本身就是一种能够利用宇宙射线或其他背景能量的“能量捕获器”。
长期能量储存: 在漫长的星际航行中,能量来源可能是不稳定的。生物需要有能力储存大量的能量,并在必要时释放。这可能通过特殊的生物化学途径实现,例如高效的能量储存分子,或者其身体本身就是一种“活的电池”。

推进和导航系统:
生物推进: 如何在没有外部燃料的情况下进行星际移动?这是一个巨大的难题。
质量抛射: 也许生物可以周期性地抛射自身的部分质量(例如,通过分解身体的一部分或排出无用的物质),利用反作用力来获得推力。这就像火箭一样,但由生物体自身控制。然而,这需要消耗自身的物质,并且产生的推力可能非常微弱,难以达到显著的星际速度。
生物“帆”: 生物可能演化出巨大的、能够捕捉星际介质(如星际风或微弱的恒星辐射)的结构,类似太阳帆。这些结构需要极其轻巧且巨大,能够缓慢地加速生物体。
利用引力: 在行星或恒星系统内,生物可能能够利用引力弹弓效应来加速。这需要高度发达的感知能力和对引力场的精确计算。
“曲速”或“虫洞”生物学? 这是更具科幻色彩的可能性。如果生命体能够操纵时空本身,或者能够周期性地进入某种亚空间或量子纠缠态来“跳跃”距离,那将是另一种形式的自身能力。但这超出了我们目前对生物学的理解范畴,更像是物理学的范畴。

导航和感知: 在茫茫的星际空间中,生物需要知道自己的方向和目的地。它可能需要发展出远超我们想象的感知能力:
星图感知: 能够直接感知宇宙的结构、恒星的位置、以及宇宙中的电磁信号,形成一种内在的“星图”。
引力感知: 能够感知遥远天体的引力,并以此来判断方向和距离。
时间感知和操纵: 对于长距离旅行来说,时间膨胀效应会变得显著。生物可能需要某种方式来感知和适应这种时间差,甚至可能能够“操纵”自身的时间流速来适应漫长的旅程。

生命周期和繁殖:
超长寿命: 星际旅行动辄需要数百年甚至数千年,生物需要拥有极长的寿命,或者具备某种形式的“重生”能力。
星际繁殖: 如果生物需要在旅途中繁殖,那么其繁殖方式也需要适应星际环境。例如,无性繁殖可能比有性繁殖更容易在隔离的环境中进行。或者,它们可能能够通过孢子或类似休眠体的形式来传播,在抵达新的星系时再重新激活。

基于现有科学的推测(虽然可能性极小):

1. 微观生物的“星际漂流”: 某些地球上的极端微生物,如某些孢子或休眠体,在极端环境下可以存活很长时间。如果它们能够被行星际或恒星际的物体(如小行星或彗星)搭载,它们在某种意义上就是在进行一种被动的“星际旅行”。但这是借助外力,而非自身能力主动旅行。

2. 某种能量生命的猜想: 如果我们拓宽“生命”的定义,是否存在以纯能量或信息形态存在的生命?这种生命体可能能够以光速或接近光速的速度在宇宙中传播,并且可以适应能量环境。然而,这种生命形式是否还能被我们理解为“生命”是一个哲学和科学上的难题。它们如何“思考”、“感知”和“存在”都是未知数。

3. “宇宙蠕虫”或“星际巨兽”的设想: 想象一种巨大无比的生物,其身体结构可以部分穿梭于亚空间,或者其身体能够承受宇宙中的极端条件。它可能以星际气体云或行星物质为食,并在星际空间中缓慢而稳定地移动。这种生物可能拥有极低的代谢率,并且其生命周期以千万年计。其“自身能力”体现在对时空或宇宙能量的某种微妙操纵。

总结一下,理论上,如果生命体能够通过极端的进化,演化出以下一些能力,那么凭借自身能力进行星际旅行的可能性就变得更加渺茫但并非完全为零:

极致的能量效率和收集能力。
对极端辐射、温度和真空的绝对免疫。
一种能够产生定向推力的生物机制(例如,以生物质量为燃料的微型喷射,或利用宇宙介质的帆)。
远超我们想象的导航和感知能力,能够精确计算并在宇宙尺度上进行定向移动。
近乎永恒的生命周期或有效的再生机制。

然而,我们需要认识到,根据我们目前所了解的生物学和物理学规律,一个能够自主、主动地在恒星际尺度上进行旅行的生物体,其复杂性和对环境的适应性需求,已经远远超出了任何已知生命形式的范畴。 其所需的能量、推进效率以及对极端条件的耐受能力,即使是地球上最强大的生命体也望尘莫及。

因此,虽然理论上我们可以构想出这样的生物,但其出现的概率可能比生命在其他星球上出现的概率还要低得多。它更像是科学幻想的领域,为我们探索生命的边界提供了丰富的想象空间,但也提醒我们,宇宙的浩瀚和生命的奥秘远超我们的认知。这更像是一种哲学层面的思考,关于生命最极致的形态的可能性,而非对现实生物学的直接推论。

网友意见

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现实中,地球上的一些微生物看起来完全可以凭借自身能力进行星际旅行。因此,理论上当然存在“凭借自身能力进行星际旅行的生物”。


关于自然起飞:

地球微生物跟随每年升入大气层的数亿吨灰尘、大量水汽和人造污染物加入大气环流,蔓延至平流层顶到电离层中部,一些微生物长期漂浮在48千米到77千米高度的大气中繁衍生息,大气流动可以将少数微生物送到卡门线外[1]

俄罗斯宇航员在国际空间站外表面发现的海洋微生物证明,有极少数地球微生物自然到达近地轨道[2]

在地球轨道上,太阳紫外线是地球微生物面对的主要挑战。日本科学家将耐辐射奇异球菌放置在国际空间站日本实验舱外3年,实验结果显示,厚度超过0.5毫米的凝结块中的细菌存活了下来。研究人员指出,位于凝结块外表面的细菌死亡,其尸体为下方脱水的活细菌提供了保护。研究人员估计,直径大于1毫米的细菌团可能在太空存活8年,更厚的凝结块可能在太空存活15到45年。这时间跨度允许天体撞击产生的飞溅岩石夹带着微生物在太阳系内传播——而且不需要大块岩石保护微生物。

  • 国际空间站上进行的更多实验证明,比上面那些家伙平凡得多的细菌在聚集成团的情况下可以暴露在太空中长时间生存,例如你熟悉的大肠杆菌、枯草芽孢杆菌。

在地球过去的历史上,直径数千米级的小行星的撞击可能将微生物夹带在飞溅的泥土和岩石里推出地月系范围之外,前往太阳系的其它行星乃至更远。携带着地球微生物的小天体可能有一部分已经飞出太阳系。

你可以设想微生物诞生在重力比地球更弱的天体上,乃至直接配置在稀薄的气体云里;你也可以往行星上投放更多的小行星/彗星来帮助起飞。


关于自然加速与航行:

在地球轨道上,直径2微米、密度与水相当的球状微生物受到的太阳风与太阳光压可以将它加速到64千米每秒。你可以设想一种能张开薄膜或若干丝状构造作为生物光帆的微生物,亦可换用比太阳输出更高的恒星,来获得更大的速度。

科学家发现过许多在能流10^-19瓦的深海中生活的细菌群落,其中有些已经持续生存了1.105亿年;新墨西哥盐湖的沉积物里休眠了2.5亿年的细菌在实验室里苏醒。这时间跨度足以跟随高速抛射的小天体或独自在太阳加速下前往银河系各处。

奥陌陌[3]、鲍里索夫彗星等星际天体已经证明,石头、冰块乃至一些假说中的所谓“氢冰山”“宇宙尘兔”之类极度脆弱的垃圾就可以亿万年在宇宙中航行、从太阳系外逼近太阳而不被摧毁。


关于自然降落:

在突入大气层的时候,如果没有人类技术或岩石/铁/大量的冰之类提供的良好防护,目前在动物范围内我们只知道秀丽隐杆线虫能存活——但也可能还有很多动物能做到,只是没有试验的机会。

而细菌就无所谓了。日本实验证明在离心机里培养的地球细菌可以在数百代内适应巨大的加速度,其中Paracoccus denitrificans能在403627g下正常生长、繁殖,这已经足够承受大质量恒星的表面重力与一定距离上的超新星爆发抛射。人们司空见惯的许多微生物无需适应过程就可以承受400000g,例如你熟悉的大肠杆菌。

这意味着地球微生物可以跟随陨石降落到地球或其它天体上、在该天体的环境不太恶劣时生还。以团块或个体形式漂流的微生物则连减速过程都更加安全,可以更加稳定地着陆。


能不能再力一点?

人类的实验证明,地球型生物的细胞可以发射激光[4]

海绵证明,地球型生物可以制造生物硅作为光纤。

多种细菌和秀丽隐杆线虫证明,体积较小的地球型生物可以耐受40万g的加速度。

你可以设想一种覆盖大地和浅海的巨型光合生物,缓慢但不可阻挡地制造一群巨型生物激光炮,用激光推动以坚硬的反光外壳覆盖的一大堆孢子(还有不特定数量的共生生物),射上太空,射向其它行星。

在进入目标行星的大气层后,孢子可以被生物化学反应抛射出去,像摔回地球的秀丽隐杆线虫那样减速到零并生还。

在孢子着陆之前,根据外壳残余的质量和速度,从天而降的外壳(不特定多数个)可以给目标天体上的原住生物带来灭顶之灾,然后先前散布的孢子和共生生物就可以尝试在那里建立新的生态系——当然,可能要和残存的原住生物近身肉搏。为此,不同物种的共生生物可以有各种特化的身体能力、化学战力、真社会性等等,并在目标天体上快速演化,搞得一个比一个吓人。


能不能再给力一点?

所谓肉身星际旅行生物,可以是自然产生的、作为冯·诺依曼探测器的微生物,能够拆卸接触的任何常规物体作为材料来建造更多的微生物、生物太阳能电池、生物神经网络计算中心、生物体聚光/放电加速的航天发射枢纽之类,自行在太空中扩张。

你的微生物当然也可以是亚原子尺度的,一个简单的例子是,你可以将三体系列描写过的智子的设定修改为“自然选择产生的智子,可以将接触到的质子立即变成智子”,配上智子原本设定的那些能力。


能不能再给力一点?

你的肉身星际旅行生物的肉身不必含有夸克。

在20世纪就有很多科幻作品谈论过能够夺取生物或机器人之躯体的电磁波。

你也可以说这玩意是引力波,是一条有特别的扭曲方式的弦,是极端黑洞,是莫比斯环状的时空,是和时空分隔开的一片虚无,诸如此类。

那和地球上的所有生物都很不相似了,可以干脆在太空中自行扩增,曲速飞行或是打开0能量的虫洞进行跳跃,“在宇宙内传播”或“在多重宇宙间自由扩散”。

当然,在20世纪就有科幻作品谈论过体积无限小的病毒、肉身在时间轴上跳跃的生物之类。

参考

  1. ^ 卡门线是公认的外太空与地球大气层的分界线,海拔100千米。
  2. ^ 俄罗斯火箭不经过海洋上空的低层大气,基本上没有可能夹带海洋微生物到达近地轨道
  3. ^ https://www.zhihu.com/question/317557918/answer/1260525296
  4. ^ https://www.nature.com/news/2011/110612/full/news.2011.365.html

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