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宇宙语言:设计、发送与监听——周海中

时间:2017-01-26    点击: 次    来源:联合会    作者:周海中   - 小 + 大

摘要:摘 要:宇宙语言作为宇宙交际的工具,是当今人们议论的热门话题,也是科学家们正在研究的重要课题。本文论述了宇宙语言的设计以及宇宙语言信息的发送和监听问题。
 

编者按:周海中教授是知名的数学家和语言学家,在交叉科学方面也颇有建树。近年他从事新兴边缘学科——宇宙语言学的研究。其成果引起了学术界和科技界的关注和好评。 最近,由于太阳系外相继发现新的行星,使人们对地外生命的探索,尤其对宇宙语言的研究又产生了浓厚的兴趣。为了使读者了解宇宙语言及其应用,本刊特邀请周教授撰文谈谈这方面的有关问题。

宇宙语言:设计、发送与监听

(注:由于文章后半部分实际上与“宇宙语言”已无关系,建议将文章题目改为

“宇宙语言和信息的设计、发送与监听”)

周海中

一、引言

随着科学技术的不断进步以及地外生命痕迹的相继发现,与外星人(即“地外智能生命”,extraterrestrial intelligence)进行宇宙交际和信息交流的问题,自然就摆在我们地球人的面前。要进行这些活动,首先遇到的无疑是语言问题。由于地外文明与地球文明迥然不同,地球人的一切传统语言概念恐怕对外星人都不适用。因此,地球人和外星人需要一种为双方都能理解的共同语言作为宇宙交际的工具。科学家们称这种共同语言为“宇宙语言”(cosmic language)。宇宙语言是当今人们议论的热门话题,也是科学家们研究的重要课题。它的研究内容包括:(1)设计出一套人造的宇宙语言,并将其信息发送给外星人;(2)监听外星人发出的信号,并将其语言信息进行破译。本文主要论述宇宙语言的设计以及宇宙语言信息的发送和监听问题。

二、宇宙语言的设计

不少科学家认为,和外星人比较起来,地球人的历史较短,智能也较低,地球人可以说还是处于智能生命初级阶段的高级动物,而外星人却是处于智能生命高级阶段的超级动物。因而可以想象,外星人的语言要比地球人的发达和复杂。经验告诉我们,尽管地球人的语言千差万别,不经翻译互不相通,但却有一种共同的语言——数学语言。意大利数学家、物理学家及天文学家伽利略(G. Galileo)早在17世纪初就指出,数学语言是解读宇宙语言的钥匙。当代美国天文学家萨根(C. Sagan)也指出,宇宙中的技术文明无论差异多大,都有一种共同的语言——数学语言。这种科学语言具有明确性、单义性、紧凑性、普遍性、可观察性等优点,是宇宙交际的理想工具(周海中,199948)。科学家们提出了一种科学假设:地球人和外星人可以在数学的基础上建立语言信息的联系。因此,用数学化了的语言信息与外星人联系、交流的科学思想,便成了人工宇宙语言设计的基本方法论。

为了设计出数学式的人工宇宙语言,许多科学家曾作出了不懈的努力。在这方面做出最大贡献的科学家应首推荷兰数学家及天文学家弗罗登塞尔(H. Freudenthal)。他于1960年出版了专著《宇宙语言:宇宙交际语言的设计》。在这一经典著作中,他根据全宇宙的统一规律是数学的基本前提,精心设计了一种以数学符号和逻辑符号为基础的宇宙语言。1974年他又发表了专文《宇宙语言》,对宇宙语言的设计方法作了进一步的研究,并对他人提出的不同意见作了辩驳。

弗罗登塞尔设计的宇宙语言有一整套规则和代码,并且用数学和逻辑的方法来讲解一般的句法。为了易于外星人解读,规则、代码、运算等都简单明了,并用最短信号表示正整数(如“···”表示“3”)。 例如,“···<····”,“····>···”,“····=····”,“····≠···”,“····+··=······”,“······ -··=····”等等。以此方法,可以告诉外星人关于“小于”、“大于”、“等于”、“不等于”、“加”、“减”等的概念(Freudenthal , 1974:1028)。又如,要向外星人表达“正确”和“错误”这两个概念,可以通过提问“·+··=?”,若甲回答“·+··=···”(正确),乙回 答“·+··=····”(错误),就可以表达“正误”的概念了。再如,要表达“礼貌”的概念,可以通过甲问乙:“·+·=?”,若丙在乙之前抢答:“· +·=··”,虽然答对了,但被评为“劣”,因为他不讲礼貌,违反了“语用学”中的礼貌原则,即使答对了也不好。反之,若乙也回答“·+·=··”,则被 评为“优”。宇宙语言还可以用来表达更加复杂的“人文”性质的概念,如“胆怯”、“愤怒”、“代替”、“想象力”、“利他主义”等等。

弗罗登塞尔的宇宙语言完全“清除”了那些例外的规则以及同义词、歧义词之类的不必要的繁琐性。这种纯“语义学”的语言摆脱了任何语言学的发音。它的单词在宇宙中何时何处都不会发出声音来,也就是说,它不是有声语言,而是书面语言。这种语言的“词语”除数学符号和逻辑符号外,还有缩写为3个字母的拉丁词,如dur是拉丁词duratio (继续)的缩写,enuenumerat (可数名词)的缩写,matmater (母亲)的缩写,等等。

下面就是它的一个句子:

Y=Mat X·△ Y Hom·    ·Y Hom Fem

翻译出来是:如果Y是母亲XY又是人,那么Y就是女人。

弗罗登塞尔还提出了两个重要问题。第一,当信号发出者(即地球人)和接收者(即外星人)不直接交际,因而像手势等交际手段无法利用时,如何消除语言符号的任意性,也就是说,地球人和外星人在无翻译,又不能利用手势、表情等辅助手段时,如何达到互相理解。这就需要找出一些能最大限度、自然而然地可以得到解释的 信号(如最短信号“·”、“··”等),借助它们进行交际。第二,要达到上述目的必须有一个前提,那就是,外星人的心理构造和自然环境基本上同地球人及地球上的情况一样。不仅如此,在社会领域的情况也应该相似(Freudenthal,1960:126)。

为了把自己的宇宙语言用于同外星人联络,弗罗登塞尔还设计了一套通讯方法,利用数学二进制的两个基本数字0 1编成数码来代表有关的语言信息,再将代码转变为无线电信号发射到太空中去。他坚信自己设计的宇宙语言外星人是懂得的。前苏联天文学家什克洛夫斯基(I. Shklovskii)和萨根都认为弗氏宇宙语言很可能成为宇宙交际的工具(Shklovskii & Sagan,1966:98)。

除了用数学语言作为宇宙语言外,图形语言也可作为宇宙交际的共同语言(这时要假定外星人应有视觉)。图形语言具有易学好懂、共识性强的优点,基本不受语言习惯的影响,也不受文化水平和科技水平的限制。美国天文学家德雷克(F. Drake)及奥利弗(B. Oliver)在弗罗登塞尔的研究基础上,用1(表示每个射电脉冲)和0(表示持续时间等于脉冲时间的间隔)作为信号,通过不同的排列组合来变成不同的图形。他们指出,如果外星人把接收到的信号“还原”为信息,用黑圆点或黑方格来代替1,则可得到一幅有趣的图形。这一独特的构思得到了不少科学家的认同。

有的科学家认为,音乐语言也可作为宇宙交际的共同语言(这时要假定外星人应有听觉)。当两种文明在技术上和智力上处于不同的发展阶段,没有交换知识的基础时,可用相同的情感共鸣来交流,而交流情感的一种方式就是传递音乐信息。当涉及到文化层面时,音乐语言比数学语言和图形语言更容易理解,内涵也更丰富,是一种较为理想的宇宙语言。前苏联天文学家托洛依斯基(V. Troitskii)和卡德谢夫(N. Kardashev)在这方面作了大量的工作,并取得了重要的进展。

三、宇宙语言信息的发送

从目前的实际情况来看,向外星人发送宇宙语言信息有两种方法:一种是利用无线电波发出数码信息,另一种是借助宇宙飞船送去实物信息。要向外星人发出信号,就得首先用人造宇宙语言充当信息传递的代码,然后将信息转为脉冲信号(信号为带有语义和语用内容的语言形式),最后通过射电望远镜将信号输出。信号一旦输出,就成为无线电波进入信道进行传递。而数字二元论(即01)是传递信息的关键,利用它作为代码进行宇宙交际,是一种最经济、最有效的通讯方法。

1962119日,前苏联天文学家在乌克兰叶夫帕托里亚天文台利用当时世界上最大的射电望远镜(直径75米)向太空发出了语言信息,其内容只有对前苏联人来说最为宝贵的三个词:和平、苏联和列宁。这是人类第一次向外星人发出的信号。不过,这与其说是一项科研活动,不如说是一个政治举动。

19741116日,美国科学家在波多黎各阿雷西博天文台利用目前全球最大的射电望远镜(直径达305米)将德雷克和奥利弗设计的图形语言信息发往距离地球 24000光年的武仙座球状星团M13,该星团约有100万颗像太阳那样的恒星(Iron, 2000:2121)。这份“电讯”长达3分钟,由一串1679个二进制数码01组成(即信息长度为1679字节)。其内容包括:用二进制码表示1 10,一些化学分子的原子数,脱氧核糖核酸(DNA)分子式及其原子数量,地球人的体形和总人口,太阳系的构成和阿雷西博天文台射电望远镜的形状。如果外星人有兴趣而且能够给我们回音的话,回电到地球已过了48000年了。

1999524日至27日,美国休斯敦一家名为“相遇2001”的太空科技开发公司在这方面又跨出了新的一步。该公司利用叶夫帕托里亚天文台的射电望远镜,通过无线电波以5010千赫兹的频率向4个距离地球5070光年的星系发出截有丰富内容的宇宙语言信息。此次由各方面专家用二进制码编写的这条新信息长达 40万字节,是上述那一次的240倍,包括地球和人类的详细资料(杨川颖,199914)。这家公司还向公众提供一个机会:每人交30美元就可以把一条不超过30个单词的信息发向太空(有关专家估计,相距1000光年的两个文明社会之间的一份星际电报,每个单词需要花1美元)。据悉,至今已有8万多人发出了语言信息,其内容有:希望地球人与外星人共有一个更加和平的未来,地球人把自己的星球搞得一团糟,请求外星人过10万年后再来参观访问,等等。

2000年,美国加州有一个名为“爱好太空”的公司(www.bentspace.com)为太空爱好者提供向外星人发电子邮件的服务。他们装配了一个可以把电子邮件转换成无线电波,并把电邮信息发射到外太空的系统。每位顾客只需交10.95美元就可以将其邮件信息(不超过10个单词)发向距离地球100光年的星系。不过,这家公司的射电望远镜的直径只有23米,发出的信号自然就十分微弱,被外星人接收的可能性极小。这个活动只能寄托一些人的良好愿望并为该公司赚取利润,没有很大的实际意义。

2001 3月,在叶夫帕托里亚天文台举行了人类有史以来第一场献给外星听众的音乐会。音乐会上演奏的都是些经典音乐作品。20032月,在该天文台再次举行了这样的音乐会。演奏曲目遵照循序渐进的原则,从表达人类最基本的情感(如喜悦与忧伤,安宁与躁动,幸福与绝望等等)的简单乐曲到复杂的、多层次的交响音乐。这两场音乐会的作品由多名捷尔缅电子琴高手演奏,使用经过改良的射电望远镜将这些音乐语言信息发往围绕大熊星座中47Uma恒星旋转的一颗行星。该行星距离地球42.4光年,有着与地球类似的“温室”环境,很可能存在外星人。

19723月至19779月,美国曾先后发射了“先驱者10号”、“先驱者11号”、“旅行者1号”和“旅行者2号”四艘宇宙飞船到太空,每艘飞船都带有实物信息。两艘“先驱者号”飞船上都安有一个金属板,它可谓是地球人送给外星人的“名片”。金属板的左侧刻有太阳系的图案,右侧刻有一个男人和一个女人的图像,男人在招手致意,下方刻有太阳及太阳系九大行星的编码(Henbest & Couper , 1989:3)。在两艘“旅行者号”飞船上都装有送给外星人的“邮包”:一个圆形铝盒,里面放着一张镀金视听光盘(光盘经过特殊处理,可保存数亿年)。读取光盘数据的说明写在铝盒的盖子上。光盘上收录了115张图片,介绍了地球文明最重要的一些资料(如中国万里长城的雄姿、脱氧核糖核酸的分子式等);录有地球人用55种语言向外星人发出的简短问候;存有35种声音信息(如母亲的低语、狮吼虎啸、狂风暴雨等);还有地球人的音乐文化(如巴赫的作品、爵士乐、中国名曲《高山流水》等)。科学家们相信,一旦外星人截获了这些信息,它们凭着自己智慧就可以把其含义破译为自己的语言信息,从而达到了解地球人的用意。

四、宇宙语言信息的监听

二十世纪上半叶,科学家们不时收到一些来自外太空的莫名其妙的信号。他们猜测,这可能是外星人发来的宇宙语言信息。毫无疑问,如果收到这种信息,那将是人类历史上最惊心动魄的发现。

近几十年来,射电天文学蓬勃发展,从而促使科学家们主动地探测来自外星人的信号。最早提出探测外星人信号设想的是意大利天体物理学家科科尼(G. Cocconi)和美国天体物理学家莫里森(P. Morrison)。1959年,他们在著名的《自然》(Nature)杂志上发表了这方面的先驱性论文,对星际通讯的可能性进行了科学的分析。

1960 411日,德雷克在美国西弗吉尼亚州的绿岸天文台开始实施了名为Ozma的监听外星人信号计划。他使用当时美国最大的射电望远镜(直径26米),先后 对两颗刻意选择的邻近恒星——波星座(距离地球10.7光年)和鲸鱼星座(距离地球11.9光年)进行了监听,聚精会神地工作了3个多月;遗憾的是未取得 任何肯定的结果。尽管如此,还是不能低估其意义,因为它毕竟是地球人有史以来第一次严肃认真的尝试,从而开创了监听外星人信号的新纪元。从那以后,一系列的监听计划随之而来(Lemonick,1996:40)。

1971年,奥利弗等人受美国国家宇航局(NASA)、斯坦福大学和加州外星人监听中心委托,制定了一个名为Cyclops计划,拟使用由1500架直径为100 米的射电望远镜组成的天线阵列来监听外星人信号(Wilson,2001:1111)。它是射电天文史上最为雄心勃勃的计划。投资预算超过60亿美元,工期1015年。后来,这个巨大的“电子耳”因经费问题而无法建成,但它在科学和技术上对监听外星人信号的影响至今不衰。

1977年,美国专门成立了一个监听外星人信号的跨学科小组(成员来自数学、天文学、生物学、语言学、电子学等领域,莫里森任组长)。两年后,该小组发表了一份名为SETI(即“寻找地外文明”)的研究报告。这份报告特别讨论了如何监听外星人信号以及破解信号中的语言信息。该报告中有一项名为BETA(即“10亿频道分析”)的研究项目,经费来自NASA,由天体物理学家霍罗威茨(P. Horowitz)任项目主持人。BETA项目虽只有一架直径为26米的射电望远镜,但它的计算机却可以每16秒钟扫描200万个频道,可以检查3个平行波束,从而筛选出源于地球的噪音。自1983年正式开展这项工作以来,科学家们已通过2000万个不同频道,对可能来自外星人的信号作了监听,可惜的是至今还没有发现外星人的语言信息。

19921012日(即意大利航海家哥伦布发现美洲大陆500周年纪念日),NASA开始实施重新制定的SETI计划(工程为期10年,耗资1亿美元)。在头一年,该计划完成了30多万次的监听任务,截取了1.1亿个电波信号,鉴别后只剩下164个信号值得进一步研究。但是,1993年底,美国国会认为这一项目不会有什么重大成果,很可能会浪费国家的资金,因此停止了拨款。后来,只好以私人资助款项把该项目继续了下去。1995年,这项计划改名为Phoenix 计划,工程为期10年。其中用于监听外星人信号的射电望远镜阵列(由1000个类似卫星电视接收器的圆型天线组成)得到了微软创建人之一的艾伦(P. Allen)和前微软首席技术长官默尔沃德(N. Myhrvold)的大力资助,由伯克利加州大学射电天文学实验室、NASA艾姆斯研究中心和SETI研究所共同管理。它将使探测灵敏度比目前可以利用的任何设备都要高100倍。对于外星人寻找工作来说,这100倍就意味着探测距离远10倍,也意味着探测的恒星数量多1000倍。天文学家塔特(J. Tarter)出任项目主持人。她计划第一步对1000颗星球探测完后,再把探测计划扩大到10000甚至100000颗星球(Nadis, 1999:552)。

19981月,澳大利亚科学家和美国科学家合作,开始实施了名为Serendip计划(为期5年);他们使用南半球最大功率的帕克斯射电望远镜(直径65米)来监听外星人信号。19993月,美国科学家与英国科学家合作,使用新型的射电望远镜在1420兆赫至1600兆赫之间被称作“水洞”的波段(即介于氢气和氧气之间的频率区段)内监听外星人信号。目前,中国正在贵州南部筹建世界上最大的射电望远镜(直径达500米),可以用来接收外星人信号(注:因这并非是该项目的主要科学目的)(在电力充足的条件下,也可用来发出电波信号)。这一名为FAST的工程由射电天文学家南仁东全面负责。这将是中国科学家首次正式监听外星人信号,已引起了国际同行的极大关注。有关国际组织已提出合作研究申请,中外科学家将联手探索地外文明。当前,监听外星人信号的探索既有激烈竞争又有通力合作,正如美国天文学家鲍耶(S. Bowyer)所说,“科学就其本身而言兼有竞争和合作两层意思。”(Drake & Sobel,1993:86)。

值得一提的是,19995月,一项名为“在家寻找外星人”(SETI @ home )的计划正式展开。该计划是由伯克利加州大学组织的,使用阿雷西博天文台记录来自外太空的电波信号,利用一种全新的叫做“分散计算”的方法来寻找外星人。 参加这项活动只需要一台个人计算机与因特网连接,下载由射电望远镜收集到的一大堆数据,运行一个免费的屏幕保护程序,在计算机闲下来的时候对这些数据进行分析,然后再把结果传回伯克利做进一步的分析研究。这种方法十分明智而且经济,比起原先与外星人联络的方法来,实在是高明得多了。目前,全球已有300多万志愿者参与了这项活动。如果读者想成为第一个与外星人接触的人,不妨到http:// setiathome.ssl.berkeley.edu去试试。

虽然至今地球人还没有接收到任何可确认为来自外星人的信号,但地外文明的探索如同其他科学探索一样,不可能保证短期获得成功。而且由于假设的成分不少,加之星球之间的距离遥远,这项探索的风险是比较大的,但不少科学家还是作了进取的抉择。可可尼和莫利森就认为,“成功的概率很难估计。然而,如果我们从来不去探索,则成功的概率必然是零。”(Tarter & Chyba, 1999:82)探测外星人信号比大海捞针还难,这是因为目前我们还不知道用哪个频率来监听外星人信号,我们也不知道信号源的方向和抵达地球的时间;此外,外星人也可能通过其他渠道与我们联系,如激光、引力波、中微子、X射线和伽马射线。美国天文学家施瓦茨曼(D. Schwartzman)和理查德(L. Richard)就指出,“外星人信号的探测应视为一个难度极大和持续时间很长的研究项目,现有的和将要实施的努力无论结局如何都将对科学本身带来助益。”(Schwartzman & Richard, 1988:368

顺便一提的是,国际天文学联合会(IAU)已作出决定,一旦收到了外星人发出的信号,就首先将它破译,然后报告联合国,最后才向全世界公布。在不进行国际协商的情况下,不应对外星人发出的信号作出回答。

五、结语

随着宇宙语言研究的不断深化,语言学又产生了自己的新分支学科——宇宙语言学(cosmic linguistics)。这门具有极大魅力和广阔前景的新兴边缘学科,同语言学、数学、天文学、符号学、逻辑学、心理学、生物学、电子学、计算机科学等许多学科密切相关。我们相信,在相关学科的专家共同努力下,宇宙语言研究将会有新的进展和重大的突破。

需要指出的是,地球人与外星人进行宇宙交际,目前只能是纯属揣测性、思辨性和间接性的,也只能以地球人作为研究出发点(即采用“外推法”)来进行探索。因此,它的局限性是显而易见的,也是不可避免的。虽然宇宙语言的学术价值一时还得不到证实,但从地球人整体的高度更好地理解自身以及从探索宇宙和外星人奥秘 的长远目标来看,宇宙语言的研究工作无疑具有重大的科学意义和深远的历史意义。

参考文献:

[1] Drake, F. & D. Sobel. Is Anyone out There?—The Scientific Search for Extraterrestrial Intelligence[M]. Souvenir Press: London, 1993.

[2] Freudenthal, H. Lincos: Design of a Language for Cosmic Intercourse [M].North-Holland:Amsterdam, 1960.

[3] Freudenthal, H. Cosmic language[A]. In T. Sebek(ed.),Current Trends in Linguistics[C]. Mouton: The Hague & Paris, 1974.

[4] Henbest, N. & H. Couper. Life and the universe[J].New Scientist, 1989(18 March):1-4.

[5] Iron, R. Cool comets, barren clusters, and a maxed-out universe [J]. Science, 2000 (23 June):2121-2124.

[6] Lemonick, M. Searching for other worlds[J]. Time, 1996(5 February):38-43.

[7] Nadis, S. Giand radio telescope will boost search for extraterrestrial life [J]. Nature, 1999(18 February):552.

[8] Schwartzman, D. & L. Richard. Being optimistic about the search for extraterrestrial intelligence[J]. American Scientist, 1988 (July-August):364-369.

[9] Shkloveskii, I. & C. Sagan. Intelligent Life in the Universe[M]. Holden-Day:San Francisco, 1966.

[10] Tarter, J. & C. Chyba. Is there life elsewhere in the universe?[J]. Scientific American, 1999(December):80-85.

[11] Wilson, T. The search for extraterrestrial intelligence[J]. Nature, 2001(22 February ):1110-1114.

[12] 杨川颖. 让“遥远的外星朋友们”感受人类存在[N].人民日报,1999-5-2814.

[13] 周海中. 宇宙语言学——一门新兴的边缘学科[J].科学,19995:47-50.

(原文载于《中华学术论坛》2003年第1期)出处:据英特网——《中华学术论坛》

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